DE102005042400B4

DE102005042400B4 - Crashsicherheiterhöhende Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung eines Luftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005042400B4
Application number: DE102005042400A
Authority: DE
Inventors: Glyn-John Bailey; Bernhard Dipl.-Ing. Kobl; Jyrki Dipl.-Ing. Majamäki
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2025-09-07
Also published as: US7823829B2; DE102005042400A1; US20070063100A1

Abstract

Crashsicherheiterhöhende Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) eines Luftfahrzeugs, insbesondere eines Drehflügelflugzeugs, umfassend:
– einen ersten Befestigungsabschnitt (4), an dem die Vorrichtung (2) an einer Tragstruktur (6; 38) zu befestigen ist;
– einen zweiten Befestigungsabschnitt (14), an dem eine Ausrüstung (40; M3) an der Vorrichtung (2) zu befestigen ist;
– eine lastbegrenzende Auslöse-Einrichtung (18, 24), die einen ersten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (4, 14) definiert, und
welche den ersten und den zweiten Befestigungsabschnitt (4, 14) unterhalb einer vorbestimmten Auslösekraft fest miteinander verbindet (18) und eine von der befestigten Ausrüstung (40; M3) im Normalzustand (kein Crash) ausgehende Nominallast, die kleiner als die Auslösekraft ist, zwischen den beiden Befestigungsabschnitten (4, 14) überträgt,
und welche bei einem crashbedingten Erreichen der Auslösekraft auslöst und die lastabtragende Verbindung (18) und den ersten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (4, 14) trennt; und
– eine Lastspitzen-Transformationseinrichtung (26) mit...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine crashsicherheiterhöhende Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung eines Luftfahrzeugs gemäß dem Patentanspruch 1.
STAND DER TECHNIK
Es ist bekannt, moderne Luftfahrzeuge mit crashsicherheiterhöhenden Konstruktionen zu versehen, welche in einem Crashfall bzw. bei einem Absturz das Verletzungsrisiko von Passagieren, Besatzungsmitgliedern und Piloten reduzieren und deren Überlebenswahrscheinlichkeit erhöhen. Zu diesem Zweck werden derartige Konstruktionen so ausgelegt, dass sie sich im Crashfall kontrolliert verformen und hierbei eine möglichst hohe Stoßenergie aufnehmen bzw. Stoßlasten hinreichend absorbieren und begrenzen. Dies wiederum dient dazu, im Crashfall auftretende negative Beschleunigungen bzw. Lastvielfache und damit auch die auf die besagten Luftfahrzeuginsassen einwirkenden Belastungen zu reduzieren. Eine derartige crashsicherheitserhöhende Konstruktion ist beispielsweise in der DE 38 27 281 A1 offenbart.
Insbesondere Drehflügelflugzeuge, wie z.B. Hubschrauber, besitzen im Crashfall typische Aufprallwinkel und Aufprallgeschwindigkeiten, die sich in einem statistischen Rahmen recht genau vorausbestimmen lassen. Darüber hinaus sind die Aufprallgeschwindigkeiten in der Regel relativ gering; so sind sie oftmals kleiner als bei den meisten Kraftfahrzeugunfällen. Aus diesem Grund sind Crashsicherheitskonzepte bei Drehflügelflugzeugen besonders erfolgversprechend einsetzbar. Bekannte crashsicherheiterhöhende Zellenkonstruktionen von Hubschraubern verwenden stoßabsorbierende Bodenstrukturen, die sich bei einem harten Aufprall kontrolliert verformen und so die auftretende Stoßenergie durch Materialverformung in einem hohem Maße absorbieren.
Eine Luftfahrzeugzelle, wie z.B. die Zelle eines Drehflügelflugzeugs bzw. Hubschraubers, muss nicht nur hochfest, sondern gleichzeitig auch sehr leichtgewichtig gebaut sein. Diese allgemeinen Leichtbauanforderungen führen dazu, dass die Zelle und ihre Tragstruktur nur für bestimmte Lastvielfache bzw. Grenzlasten dimensioniert werden kann. Auch die Crashsicherheit der Zelle wird auf diese Grenzlasten hin ausgelegt. Bei der Gestaltung der Zelle ist ergänzend zu berücksichtigen, dass der sich oberhalb der Bodenstruktur erstreckende Zellenbereich, der in der Regel eine rahmenartige Tragstruktur mit z.B. spantförmigen Elementen aufweist, einen Cockpit- oder Kabinenbereich umschließt, der für den Aufenthalt von Luftfahrzeuginsassen vorgesehen ist. Diese rahmenartige Tragstruktur muss deshalb besonders stabil und steif ausgebildet sein, um den Luftfahrzeuginsassen im Crashfall einen Überlebensraum zu sichern und um zu verhindern, dass z.B. oberhalb der Zelle angeordnete schwere Komponenten, wie z.B. Getriebe und/oder Rotoren, diesen Überlebensraum zerstören.
Werden nun an der Tragstruktur der Luftfahrzeugzelle nachträglich Zusatzlasten in Form von mobilen Ausrüstungsgegenständen (z.B. Marschgepäck von Luftlandetruppen) oder fest installierten Ausrüstungsgegenständen (wie z.B. medizinischen Geräten, Messgeräten, usw.) angebracht, so gehen von diesen Ausrüstungen im Crashfall große Zusatzbelastungen aus, die als hohe Lastspitzen in die Tragstruktur eingeleitet werden. Dies kann jedoch dazu führen, dass die Tragstruktur, die im Falle eines Crashs auch die von den luftfahrzeugeigenen Massen ausgehenden impulsartigen Belastungen aufnehmen muss, überlastet wird und versagt. Die Crashsicherheit der Zelle wäre also nicht mehr gewährleistet. Und die Insassen des Luftfahrzeugs wären stark gefährdet.
Um dies zu vermeiden, müsste gesamte Zelle von vornherein so fest und stabil ausgebildet werden, dass sie alle auftretenden Zusatzbelastungen bzw. jede Lastspitze sicher aufnehmen kann. Dies würde jedoch zu einer extrem schweren Konstruktion führen, was den an ein Luftfahrzeug gestellten Leichtbauanforderungen grundsätzlich widerspricht. Insbesondere bei bereits bestehenden Zellenkonstruktionen wäre es auch möglich, die Zellenstruktur nachträglich mit zusätzlichen Verstärkungen zu versehen. Auch diese Maßnahme würde jedoch das Gesamtgewicht der Zelle erheblich erhöhen. Zudem ist eine solche nachträgliche Verstärkung nur mit einem extrem hohen technischen und handwerklichen Aufwand zu realisieren.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine einfache und effektive, die crashsicherheiterhöhende Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung eines Luftfahrzeugs zu schaffen, welche eine sichere Anbringung von zusätzlichen Lasten in Form von Ausrüstungen an der Tragstruktur einer Luftfahrzeugzelle ermöglicht, ohne dass die Tragstruktur hierfür extra verstärkt werden muss und ohne dass die Tragstruktur im Falle eines Crashs übermäßig belastet wird, und welche folglich die Gefahr einer übermäßigen Verformung oder Zerstörung der Tragstruktur im Crashfall reduziert; die Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung soll hierbei auch für die Nachrüstung von bereits bestehenden Zellenkonstruktionen geeignet sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Diese crashsicherheiterhöhende Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung eines Luftfahrzeugs, insbesondere eines Drehflügelflugzeugs, umfasst:
einen ersten Befestigungsabschnitt, an dem die Vorrichtung an einer Tragstruktur zu befestigen ist;
einen zweiten Befestigungsabschnitt, an dem eine Ausrüstung an der Vorrichtung zu befestigen ist;
eine lastbegrenzende Auslöse-Einrichtung, die einen ersten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt definiert, und
welche den ersten und den zweiten Befestigungsabschnitt unterhalb einer vorbestimmten Auslösekraft fest miteinander verbindet und eine von der befestigten Ausrüstung im Normalzustand (kein Crash) ausgehende Nominallast, die kleiner als die Auslösekraft ist, zwischen den beiden Befestigungsabschnitten überträgt,
und welche bei einem crashbedingten Erreichen der Auslösekraft auslöst und die lastabtragende Verbindung und den ersten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt trennt; und
eine Lastspitzen-Transformationseinrichtung mit mindestens einem mit dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt und der Auslöse-Einrichtung verbundenen, lastbegrenzenden, stoßenergieabsorbierenden Verformungselement,
das nach dem Auslösen der Auslöse-Einrichtung einen zweiten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt bildet
und von der befestigten Ausrüstung ausgehende crashbedingte Lastspitzen, die größer als die Auslösekraft sind, bis zum Erreichen einer maximal möglichen nominalen Verformung absorbiert und nur einen Teil der Lastspitzen lastbegrenzend zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt überträgt, und
das bei Erreichen der maximal möglichen nominalen Verformung einen infolge der Lastspitzenabsorption verbleibenden Lastspitzenrest zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt überträgt, wobei der Lastspitzenrest bezogen auf den Zeitpunkt des Auslösens der Auslöse-Einrichtung zeitverzögert in den ersten Befestigungsabschnitt eingeleitet wird.
Die erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung funktioniert im Crashfall zweistufig, wobei jede „Stufe" auch lastbegrenzende Eigenschaften besitzt bzw. lastbegrenzende Funktionen ausübt. Die Vorrichtung verfügt hierzu über zwei unterschiedliche Lastpfade. Die erste Stufe wird durch die Auslöse-Einrichtung gebildet, über die bis zum Erreichen der crashbedingten Auslösekraft der erste Lastpfad verläuft und über die bis dahin die Kräfte zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt abgetragen werden. Durch das Auslösen bei einer vorbestimmten Auslösekraft verhindert die Auslöse-Einrichtung, dass Lastspitzen bzw. Überlasten, welche die Größe der Auslösekraft übersteigen, in die Tragstruktur, an der die Vorrichtung befestigt ist, eingeleitet werden. Die Auslöse-Einrichtung wirkt somit lastbegrenzend. Ein Auslösen der Auslöse-Einrichtung kann durch unterschiedlichste Mittel herbeigeführt werden. Das Auslösen kann durch Zerstören eines Elementes oder aber auch durch nicht-zerstörende Maßnahmen erreicht werden. Ein zerstörendes Auslösen kann z.B. mit Hilfe einer Sollbruchstelle bzw. auch durch Reißen oder Ausreißen eines Bauteils realisiert werden. Eine nicht-zerstörende Auslösung einer Verbindung ist z.B. durch vorgespannte Verbindung, gegen die die Auslösekraft wirkt, Rastverbindungen, Haftverbindungen oder dergleichen zu verwirklichen.
Die zweite Stufe wird durch die Lastspitzen-Transformationseinrichtung (nachfolgend kurz LPT, d.h. „Load Peak Transformer" genannt) gebildet, über die nach dem Auslösen der Auslöse-Einrichtung auch der zweite Lastpfad verläuft. Nach dem Auslösen der Auslöse-Einrichtung nimmt die LPT die bei einem Crash in Form von hohen Lastspitzen auftretende Stoßenergie auf und absorbiert diese durch Verformung bzw. wandelt diese in Verformungsenergie um. Dies geschieht solange, bis die LPT ihre maximal mögliche nominale Verformung erreicht. Während dieser Verformungsdauer überträgt die LPT über den zweiten Lastpfad nur einen Teil der auftretenden Lastspitzen auf die Tragstruktur. Denn durch die Verformung wird ja ein relativ hoher Anteil der Stoßenergie absorbiert. Die an der Tragstruktur auftretenden Kräfte sind folglich nur vergleichsweise klein. Die LPT wirkt im Crashfall also ebenfalls lastbegrenzend, ist jedoch kein reiner Lastbegrenzer. Denn bei Erreichen der maximal möglichen nominalen Verformung bzw. des maximalen Verformungsweges kann die LPT noch eine Restlast auf die Tragstruktur übertragen. Bei dieser Restlast handelt es sich um einen verbleibenden Lastspitzenrest, der von der LPT während der Lastspitzenabsorption ggf. nicht vollständig absorbiert werden konnte. Die LPT sollte vorzugsweise so ausgelegt sein, dass sie eine relativ geringe aber über den gesamten Verformungsweg möglichst konstante Verformungskraft und eine sehr hohe Reißfestigkeit am Ende des Verformungsweges aufweist.
Auf diese Weise wird der verbleibende Lastspitzenrest bezogen auf das ursprüngliche crashbedingte Auftreten von Lastspitzen, welche die Auslöse-Einrichtung auslösten, erheblich zeitverzögert in die Tragstruktur und damit die Luftfahrzeugzelle eingeleitet. Durch die LPT wird also das globale System „Zelle" von dem lokalen System „LPT mit daran befestigter Ausrüstung" entkoppelt, und die Addition von Lastspitzen innerhalb der Tragstruktur und der Gesamtzelle wird verhindert. In der Zeit, in der sich die LPT verformt und Stoßenergie absorbiert, werden die Tragstruktur und die Gesamtzelle also nur gering von der LPT und der daran befestigten Ausrüstung belastet. Gleichzeitig kann die Zelle oder eine ggf. vorhandene stoßabsorbierende Bodenstruktur derselben aber Stoßenergie bzw. Lastspitze absorbieren, die von der Zellenmasse selbst oder von systembedingt an der Zelle angeordneten zelleneigenen Massen verursacht werden.
Wenn infolge des von der LPT bewirkten Lastspitzenabbaus und der Lastspitzenverzögerung dann der verbleibende Lastspitzenrest in die Tragstruktur der Zelle eingeleitet wird, hat die Zelle durch Verformung an anderen Zellenteilen, insbesondere in der tieferliegenden Bodenstruktur, bereits eigene Lastspitzen abgebaut. Die Belastung der Tragstruktur der Zelle ist damit weitaus geringer und unkritischer, als dies ohne die erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung der Fall wäre.
Die erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung ermöglicht im Crashfall somit eine gezielte Beeinflussung des zeitlichen Gesamtlast-Verlaufs und damit eine Lastspitzenkontrolle, die zu einer erheblichen Gesamtlast-Reduzierung der Zelle und besonders zu einer Verringerung der Belastung der oberhalb der Bodenstruktur angeordneten Tragstrukturen infolge Lastspitzenverzögerung führt.
Werden mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung Ausrüstungsgegenstände an der Tragstruktur der Zelle montiert, so muss diese Tragstruktur also nicht extra verstärkt werden, um im Rahmen eines vorbestimmten Lastvielfachenbereichs die gleiche Stabilität und Crashsicherheit zu gewährleisten, welche die Zelle ohne eine solche anmontierte Ausrüstung aufweist. Die Stabilität und Crashsicherheit der Zelle bleibt somit auch bei nachträglichen Einbauten von schweren Ausrüstungsgegenständen erhalten bzw. kann in diversen Fällen sogar erheblich verbessert werden.
Die erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung ermöglicht damit ein sicheres Anbringen von zusätzlichen Lasten in Form von Ausrüstungen an der Tragstruktur der Luftfahrzeugzelle, ohne dass die Tragstruktur hierfür extra verstärkt oder gar neu konstruiert werden muss. Die erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung lässt sich zudem so ausbilden, dass sie im unverformten Ausgangszustand eine sehr flache Bausweise besitzt. Diese gestattet es, die Vorrichtung besonders platzsparend in den zur Verfügung stehenden Innenraum einer Luftfahrzeugzelle zu integrieren. Die Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung kann grundsätzlich jedoch auch im Außenbereich der Luftfahrzeugzelle angewendet werden. Darüber hinaus ist die Konstruktion der Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung relativ simpel, was ihre Herstellung erleichtert, und sie verfügt über ein geringes Gewicht, was für luftfahrzeugtechnische Anwendungen von besonderem Vorteil ist. Bestehende Luftfahrzeugzellen lassen sich folglich leicht und ohne aufwendige Modifikationen mit der erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung nachrüsten.
Die erfindungsgemäße Lösung trägt durch eine Kombination aus Lastbegrenzung, Lastspitzenabsorption und Lastspitzenverzögerung somit zu einer Verbesserung der Crasheigenschaften eines Luftfahrzeugs, insbesondere eines Drehflüglers, und zur Erhöhung der Sicherheit der Luftfahrzeuginsassen bei.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 12.
Vorzugsweise ist die Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung für eine Luftfahrzeugzelle vorgesehen.
Die Luftfahrzeugzelle, insbesondere Drehflügelflugzeugzelle, insbesondere Hubschrauberzelle, umfasst:
eine stoßabsorbierende Bodenstruktur, die in einem Crashfall eine erste Stoßenergie-Absorptionseinrichtung darstellt,
einen sich oberhalb der Bodenstruktur erstreckenden Zellenbereich, insbesondere Kabinenbereich, der eine rahmenartige Tragstruktur aufweist,
mindestens eine Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die an einem im Bezug zur Bodenstruktur oberen Abschnitt der rahmenartigen Tragstruktur fixiert ist und im Crashfall eine zweite Stoßenergie-Absorptionseinrichtung darstellt, welche
im Crashfall auftretende Lastspitzen, die von einem mit der Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung an der Tragstruktur befestigten Ausrüstungsgegenstand ausgehen, zunächst bis auf einen Lastspitzenrest abbaut und dadurch die Tragstruktur entlastet, und dann
den verbleibenden Lastspitzenrest gegenüber den ursprünglich aufgetretenen Lastspitzen zeitverzögert in die Tragstruktur einleitet, welche den Lastspitzenrest auf die Bodenstruktur überträgt.
Eine Luftfahrzeugzelle umfasst im Sinne der Erfindung nicht nur ein Cockpit, eine Passagierkabine, einen Frachtraum, und dergleichen, sondern auch weitere Zellen- oder Rumpfteile wie z.B. Rumpfheckausleger, hohle lastabtragende Anbauteile, u.s.w.
Die rahmenartige Tragstruktur der Zelle, die spantförmige oder rippenartige Elemente aufweisen kann, ist vorzugsweise fest mit der Bodenstruktur verbunden.
Mit einer Luftfahrzeugzelle, die mit einer erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungvorrichtung ausgerüstet ist, sind im Wesentlichen die gleichen Vorteile zu erzielen, die bereits weiter oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung erläutert wurden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung in einem Normalzustand (kein Crash);
2 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung von 1 entlang der Linie 11-11 in 1;
3 eine schematische Frontalansicht der Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung von 1 und 2 bei einer crashbedingten Verformung; und
4 eine schematische, stark vereinfacht dargestellte Querschnittsansicht einer Hubschrauberzelle, die mit einer erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung ausgestattet ist, mit der ein Ausrüstungsgegenstand an einer rahmenartigen Tragstruktur der Hubschrauberzelle befestigt ist.
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich oder zweckmäßig ist.
In der 1 ist in einer schematischen perspektivischen Ansicht eine erfindungsgemäße crashsicherheiterhöhende Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung 2 (nachfolgend kurz ABV genannt) in einem Normalzustand (kein Crash) dargestellt. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen ABV 2 von 1 entlang der Linie II-II in 1;
Die ABV 2 besitzt einen ersten Befestigungsabschnitt 4, an dem die ABV 2 an einer Tragstruktur 6 (siehe 2) einer Luftfahrzeugzelle (hier: eine Hubschrauberzelle) zu befestigen ist. Der erste Befestigungsabschnitt 4 umfasst im vorliegenden Fall zwei voneinander beabstandete Befestigungsbolzen 8, 10, mit denen die ABV 2 mit der Tragstruktur 10 verschraubbar ist. Anstelle von Befestigungsbolzen 8, 10 könnten grundsätzlich auch andere geeignete Befestigungselemente vorgesehen werden, und auch die Anzahl der Befestigungselemente kann variieren. Es ist sogar möglich, das oder die Befestigungselemente als festen Bestandteil der Tragstruktur 6 selbst auszubilden. Die Befestigungsbolzen 8, 10 sind an ihrem unteren Ende an einem Verstärkungselement fixiert, welches in diesem Beispiel als Verstärkungsschiene 12 ausgestaltet ist, die annähernd die Querschnittsform eines umgedrehten „U" besitzt. Wie in den 1 und 2 gut erkennbar ist, sind die Kanten bzw. Übergänge des U-förmigen Querschnitts zu den seitlichen Schenkel des „U" abgerundet.
Die ABV 2 besitzt des Weiteren einen zweiten Befestigungsabschnitt 14, an dem eine Ausrüstung bzw. ein Ausrüstungsgegenstand (nicht gezeigt) an der ABV 2 zu befestigen ist. Der zweite Befestigungsabschnitt 14 umfasst eine Hülse 16, die über einen hutförmigen Querschnitt und einen unteren Hülsenflansch 16a verfügt. Die Hülse 16 ist an ihrer Hülsendecke 16b mittels mindestens eines Niets 18 mit der Verstärkungsschiene 12 verbunden. Überdies verfügt die Hülse 16 über ein Innengewinde und bildet so eine Art Gewindeeinsatz bzw. einen sog. Helicoil-Einsatz. In dieses Innengewinde ist ein mit einem Außengewinde versehener Abschnitt eines schraubenbolzenartigen Halterungselementes 20 eingeschraubt, mit dem der Ausrüstungsgegenstand (nicht gezeigt) verbindbar ist. Das Halterungselement 20 besitzt zu diesem Zweck an seiner dem Außengewinde abgewandten Seite einen Bolzenkopf 20a, auf dem zusätzlich ein Federelement 22 gelagert ist.
Die Hülse 16 und das darin eingeschraubte Halterungselement 20 sind bezogen auf die Längserstreckung der Verstärkungsschiene 12 und bezogen auf den gegenseitigen Abstand der beiden Befestigungsbolzen 8, 10 in einem Mittelabschnitt der Verstärkungsschiene 12 und in einem Bereich zwischen den Befestigungsbolzen 8, 10 angeordnet (siehe 1). Der zweite Befestigungsabschnitt 14 und insbesondere das Halterungselement 20 sind jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen beschränkt, sondern können je nach Anwendungsfall auch andere geeignete Formen besitzen. So ist es beispielsweise möglich, anstelle der Hülse 16 und des schraubenbolzenartigen Halterungselementes 20 eine einstückige Halterungseinheit auszubilden oder das Halterungselement auch als Haken, Öse, Auge, Karabiner, Schnappverschluss, Steckverbindung, Kupplungselement oder dergleichen ausgestalten. Ebenso können bei Bedarf mehrere dieser Elemente vorgesehen werden.
Die ABV 2 umfasst des Weiteren eine nachfolgend noch näher beschriebene lastbegrenzende Auslöse-Einrichtung 24, die über die Verstärkungsschiene 12 hinweg einen ersten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt 4 und 14, d.h. den Befestigungsbolzen 8, 10 und der Hülse 16 und dem Halterungselement 20 definiert. Ferner ist die ABV 2 mit einer Lastspitzen-Transformationseinrichtung 26 (nachfolgend kurz LPT genannt) ausgerüstet, die über mindestens ein lastbegrenzendes, stoßenergieabsorbierendes Verformungselement 28 verfügt, das mit dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt 4, 14 (d.h. hier den Befestigungsbolzen 8, 10, der Hülse 16 und dem Halterungselement 20) und der Auslöse-Einrichtung 24 verbunden ist.
Das Verformungselement 28 ist in diesem Beispiel als Biegeelement in Form eines Hohlprofils ausgestaltet, welches in dem in den 1 und 2 gezeigten unverformten Zustand (kein Crash) einen breiten, abgeflachten Profilquerschnitt besitzt. Die Profilquerachse Q dieses abgeflachten und in Breitenrichtung der ABV 2 verlaufenden Querschnitts erstreckt sich im Wesentlichen oder nahezu rechtwinkelig zu einer bei einem Crash zu erwartenden Hauptbelastungsrichtung F. Diese Hauptbelastungsrichtung F verläuft in diesem Beispiel in Richtung der durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Längsachse der Befestigungsbolzen 8, 10 und des Halterungselementes 20.
Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, ist das abgeflachte Hohlprofil des Verformungselementes 28 aus (mindestens) zwei übereinander angeordneten streifen- oder plattenförmigen Teilen (28a, 28b) zusammengesetzt ist, die an ihren Seitenrändern mit Verbindungselementen fest miteinander verbunden sind (hier: über Nieten 30). Zwischen einem Nietkopf und der jeweils zugeordneten Oberfläche der Metallbleche 28a, 28b kann jeweils ein zusätzliches Verstärkungselement (z.B. ein Blechstreifen) angeordnet sein, welches vorzugsweise an der den Bolzen 8, 10 zugewandten Seite abgerundete Kanten aufweist. Für die streifen- oder plattenförmigen Teile werden im vorliegenden Fall zwei relativ dünne, Metallbleche, z.B. Stahlbleche, verwendet, die an ihren Seitenrändern mit Hilfe von Nieten miteinander verbunden sind. Die Metallbleche 28a, 28b haben eine rechteckige Grundrissform.
Die Metallbleche 28a, 28b besitzen in diesem Beispiel jeweils die gleiche Blechstärke, die bevorzugt in einem Bereich von ca. 1 bis 3 mm liegt. Die Blechdicke kann je nach Anwendungsfall jedoch von diesem Wertebereich abweichen und bei Bedarf kleiner oder auch größer sein. Grundsätzlich können die Metallbleche 28a, 28b auch unterschiedliche Blechstärken aufweisen. Ebenso kann die Blechstärke pro Metallblech 28a, 28b lokal variieren, und es können auch mehrere Schichten von Metallblechen oder lokal variierende Schichtenanzahlen vorgesehen sein. Darüber hinaus kann die Grundrissform der Metallbleche 28a, 28b insbesondere zum Zwecke der Erzielung bestimmter Biegeeigenschaften auch andersartig ausgestaltet sein. Z.B. ist es möglich, dass die sich links und rechts der Längsachse der Verstärkungsschiene 12 verlaufenden Hälften der Metallbleche 28a, 28b eine trapezförmige, dreieckige, elliptische oder andere Grundrissform, einschließlich asymmetrischer Grundrissformen, besitzen. Auch können die Metallbleche 28a, 28b bei Bedarf freie Durchtrittsöffnungen und/oder Einbuchtungen oder Einklinkungen aufweisen.
Die beiden Metallbleche 28a, 28b bilden zusammen einen abgeflachten, im Wesentlichen sechseckigen Hohlprofil-Querschnitt mit seitlichen, aufeinanderliegenden Randstegen 28a1, 28b1, welche durch die Nieten 30 miteinander verbunden sind. Die Metallbleche 28a, 28b besitzen vorzugsweise eine hohe Duktilität und damit eine gut plastische Verformbarkeit bei gleichzeitig hoher Reißfestigkeit und hoher Bruchdehnung. Das hohle Verformungselement 28 ist nicht auf die zuvor beschriebene Ausgestaltungsweise beschränkt. Anstelle der mindestens zwei Metallbleche 28a, 28b könnte auch ein einstückiges Hohlprofil verwendet werden, welches z.B. durch Strangpressen hergestellt ist.
Aus den 1 und 2 geht des Weiteren hervor, dass das obere Metallblech 28a symmetrisch zu der in 2 durch eine senkrechte strichpunktierte Linie angedeuteten Mittelachse der ABV 2 angeordnet ist. Das obere Metallblech 28a erstreckt sich dabei oberhalb der Verstärkungsschiene 12 und ist zwischen derselben und einem Kragen 8a und 10a eines jeweiligen Befestigungsbolzens 8, 10 gehalten. Der jeweilige Befestigungsbolzen 8, 10 erstreckt sich hierbei durch das obere Metallblech 28a und einen mittleren Profilquerschnitt der Verstärkungsschiene 12 hindurch. Der Zusammenhalt dieser Anordnung wird jeweils durch einen unterhalb der Verstärkungsschiene 12 angeordneten Bolzenkopf 8b bzw. 10b sichergestellt. Dieser Bolzenkopf 8b, 10b kann z.B. durch plastisches Verformen des unteren Endes eines jeweiligen Befestigungsbolzen 8, 10 hergestellt sein.
Das untere Metallblech 28b wiederum ist symmetrisch zu der in 2 angedeuteten Mittelachse der ABV 2 angeordnet und an seiner Oberseite über Nieten 32 oder andere geeignete Befestigungsmittel mit dem unteren Hülsenflansch 16a verbunden. Das Halterungselement 20 ist durch eine Bohrung im unteren Blech 28b hindurch in die Hülse 16 einschraubbar.
Die Befestigungsbolzen 8, 10 des ersten Befestigungsabschnitts 4 greifen also an einem oberen, mittleren Profilbereich des hohlen Verformungselementes 28 an, während die Hülse 16 mit dem Halterungselement 20, die dem zweiten Befestigungsabschnitt 14 zugeordnet sind, an einem unteren, mittleren Profilbereich des hohlen Verformungselementes 28 angreifen. Und die Hülse 16 und die Verstärkungsschiene 12 liegen bei dieser Konstruktion innerhalb des durch die beiden Metallbleche 28a, 28b gebildeten Hohlprofils des Verformungselementes 28.
Die bereits weiter oben erwähnte Auslöse-Einrichtung 24 wird in diesem Ausführungsbeispiel primär durch die Hülsendecke 16b und den Niet 18 gebildet, der die Hülse 16 mit der Verstärkungsschiene 12 verbindet. Im normalen Betriebszustand (kein Crash) und bei normalen Betriebslasten (kein Crash) werden alle von der befestigten Ausrüstung ausgehenden Kräfte über diesen Niet 18 getragen. Im Crashfall hingegen fungiert der Niet 18 als eine Sollbruchstelle oder „Trigger", wie nachfolgend noch erläutert werden wird. Eine gewünschte Auslösekraft der Auslöse-Einrichtung 24 kann hierbei über die Bruchfestigkeit bzw. Reißfestigkeit des Niets 18 vorbestimmt werden. Der Niet 18 besitzt eine Mehrfachfunktion, da er im Normalzustand (kein Crash) nicht nur als lastabtragendes Element für die befestigte Ausrüstung und als zusätzliche Verbindung zwischen dem oberen Metallblech 28a und der Verstärkungsschiene 12, sondern im Crashfall auch als Sollbruchstelle fungiert. Grundsätzlich könnte der Niet 18 im Normalzustand auch nur die Hülse 16 und die Verstärkungsschiene 12 verbinden. Die zuvor genannte Ausgestaltungsform ist fertigungstechnisch jedoch einfacher herzustellen.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auslöse-Einrichtung 24 ersichtlich innerhalb des Hohlprofils des Verformungselementes 28 angeordnet. Generell könnte die Auslöse-Einrichtung 24 jedoch auch außerhalb des Verformungselementes 28 platziert werden (z.B. zwischen mehreren seitlich nebeneinander angeordneten Einzel-Verformungselementen), oder zumindest teilweise innerhalb des Verformungselementes 28.
In dem in den 1 und 2 angedeuteten Normalzustand (kein Crash) der ABV 2, bei dem die vorbestimmte Auslösekraft nicht erreicht ist, verbindet die Auslöse-Einrichtung 24 mittels des Niets 18 den ersten und den zweiten Befestigungsabschnitt 4, 14 fest miteinander. Und ist eine Ausrüstung (nicht gezeigt) über das Halterungselement 20 an der ABV 2 befestigt, so verläuft über den Niet 18 der o.g. erste Lastpfad, über den eine von der befestigten Ausrüstung im Normalzustand (kein Crash) ausgehende Nominallast, die kleiner als die Auslösekraft ist, zwischen dem Halterungselement 20, der Hülse 16, der Verstärkungsschiene 12, dem oberen Metallblech 28a und den Befestigungsbolzen 8, 10 übertragen wird.
In der 3 ist eine schematische Frontalansicht der ABV 2 von 1 und 2 bei einer crashbedingten Verformung und kurz vor Erreichen einer maximal möglichen nominalen Verformung dargestellt. Der unverformte Ausgangszustand der ABV 2 ist in der 3 zum Vergleich durch gestrichelte Linien angedeutet. Wird im Crashfall infolge der auf die befestigte Ausrüstung (nicht gezeigt) wirkenden hohen Beschleunigungskräfte die Auslösekraft erreicht bzw. überschritten, bricht oder reißt der als „Trigger" dienende Niet 18 (vgl. 2) und die Auslöse-Einrichtung 24 löst aus. Durch das gewollte Versagen des Nietes 18 werden hierbei die lastabtragende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt 4, 14 und der erste Lastpfad getrennt. Und die Anordnung fällt in die LPT 26. Das Brechen bzw. Reißen des Nietes 18 bei einer vorbestimmten Bruchkraft wirkt gleichzeitig lastbegrenzend.
Nach dem Auslösen werden die zwischen dem Halteelement 20 und den Befestigungsbolzen 8, 10 auftretenden Kräfte nunmehr über das Verformungselement 28 übertragen, welches zwischen den Komponenten des ersten und des zweiten Befestigungsabschnitts 4, 14 einen neuen, zweiten Lastpfad bildet. Der Kraftfluss verläuft hierbei ausgehend von dem Halterungselement 20, über die Hülse 16 in das untere Metallblech 28b, über die Nietverbindung 30 in das obere Metallblech 28b und von dort aus über die Verstärkungsschiene 12 in die Befestigungsbolzen 8, 10 und die Tragstruktur 6. Infolge der Beschleunigungskräfte bzw. Stoßlasten wird das Halterungselement 20 bei einem Crash von seiner in den 1 und 2 gezeigten Ausgangsposition, die in unmittelbarer Nähe der Verstärkungsschiene 12 liegt, weggezogen. Hierbei werden die beiden Metallbleche 28a, 28b ausgehend von der in den 1 und 2 dargestellten Form, die ein abgeflachtes Hohlprofil bildet, in die in 3 gezeigte Form verbogen bzw. aufgebogen.
Bei diesem Vorgang biegt sich das obere Metallblech 28a über die Oberseite des Verstärkungsschiene 12 und deren abgerundete Kanten hinweg. Auf diese Weise werden die auftretenden Kräfte großflächig über die Verstärkungsschiene 12 verteilt und ein unerwünschtes Einreißen des Metallbleches 28a und damit ein vorzeitiges Versagen verhindert. Die größten Biegeverformungen treten in denjenigen Bereichen der beiden Metallbleche 28a, 28b auf, die in der Nähe der Nietverbindung 30 sowie der Hülse 16 und der Verstärkungsschiene 12 liegen. Wie aus der 3 hervorgeht, wird der Hülsenflansch 16a hierbei ebenfalls verbogen und fungiert daher neben seinen oben beschriebenen Funktionen auch als Zusatz-Verformungselement. Die größte Verformung des Hülsenflansches 16a tritt in einem relativ späten Verformungsstadium des Verformungselementes 28 auf.
Das Verformungselement 28 ist in dieser Ausführungsform als ein Zug-Verformungselement ausgebildet. Auch bei einer während des Verformungsprozesses ggf. auftretenden seitlichen Kraft- oder Beschleunigungskomponente wird es daher stabilisierend wirken und seitlichen Verformungen selbst entgegenwirken. Dies entspricht einem stabilen Verformungsverhalten, welches die Effektivität der ABV steigert und auch unerwünschten Rückfederungseigenschaften entgegen wirkt.
Die Restfestigkeit der LPT 26 ist so gewählt, dass sie erheblich größer als die Verformungskraft ist, die zur Verformung des Verformungselementes 28 erforderlich ist. Auch bei und nach Erreichen der maximal möglichen nominalen Verformung des Verformungselementes 28 wird die ABV 2 daher noch über einen bestimmten Zeitraum nicht unerhebliche Kräfte zwischen der am Halterungselement 20 befestigten Ausrüstung (nicht gezeigt) und der Tragstruktur 10 übertragen können, bevor sie oder andere angrenzende Teile oder Komponenten ggf. versagen.
Die bei einem Crash über einen bestimmten Zeitraum auf die mittels der ABV 2 befestigte Ausrüstung einwirkenden Kräfte sind in der Praxis nun nicht gleichmäßig, sondern stellen einen unregelmäßigen Kraftverlauf in Form einer Abfolge von variierenden Lastspitzen dar.
Die erfindungsgemäße AVB 2 funktioniert aufgrund der oben beschriebenen Bauweise im Crashfall daher wie folgt:
Nach dem Auslösen der Auslöse-Einrichtung 24 werden die von der befestigten Ausrüstung ausgehenden crashbedingten Lastspitzen, die größer als die Auslösekraft sind, und die damit zusammenhängende Stoßenergie von dem lastbegrenzenden stoßenergieabsorbierenden Verformungselement 28 der LPT 26 solange absorbiert, bis die maximal mögliche nominale Verformung erreicht ist. Das sich deformierende Verformungselement 28 überträgt hierbei folglich nur einen Teil der durch die Lastspitzen verursachten Kräfte zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt 4, 14. Während der Dauer des Verformungsprozesses sind die auf die Tragstruktur 6 wirkenden begrenzten Kräfte relativ konstant; es ergibt sich somit ein annähernd konstanter Kraft-Wegverlauf. Grund dafür ist die o.g. Ausgestaltung der Metallbleche 28a, 28b und ihre sich während des Verbiegens einstellende plastische Deformation.
Erreicht das Verformungselement 28 seine maximal mögliche nominale Verformung, so überträgt es dann einen infolge der Lastspitzenabsorption verbleibenden Lastspitzenrest zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt 4, 14. Dieser Lastspitzenrest wird bezogen auf den Zeitpunkt des Auslösens der Auslöse-Einrichtung 24 zeitverzögert in den ersten Befestigungsabschnitt 4 und die Tragstruktur 6 eingeleitet (Lastspitzenverzögerung). In Abhängigkeit des Crashverlaufs sowie der Größe und der Dauer der einwirkenden Stoßlasten kann es aufgrund der oben beschriebenen Restfestigkeit des LPT 26 vorkommen, dass die durch die ABV 2 auf die Tragstruktur 6 übertragenen Lasten nach dem vollständigen Deformieren des Verformungselementes 28 wieder ansteigen, bis die ABV 2 oder eine damit verbundene Komponente ggf. versagt. In jedem Fall ist jedoch ein erheblicher Teil der schädlichen Stoßenergie durch die ABV 2 absorbiert worden.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Luftfahrzeugzelle, die mit einer erfindungsgemäßen ABV 2 ausgestattet ist. Bei der Luftfahrzeugzelle handelt es sich in diesem Beispiel um eine Hubschrauberzelle 34. Die Hubschrauberzelle 34 besitzt eine stoßabsorbierende Bodenstruktur 36 sowie einen sich oberhalb der Bodenstruktur 36 erstreckenden Zellenbereich, der eine Hubschrauberkabine umfasst. Der Zellenbereich weist eine rahmenartige, spant- oder rippenförmige Tragstruktur 38 auf, die z.B. integral mit der Bodenstruktur 36 verbunden ist. Die Bodenstruktur 36 bildet eine unterhalb der Hubschrauberkabine angeordnete erste Stoßenergie-Absorptionseinrichtung A1, die im Crashfall einen ersten Verformungsweg der Hubschrauberzelle 34 definiert. Die Bodenstruktur 36 ist hierbei so ausgelegt, dass sie im Crashfall und einer dabei auftretenden Verformung einen weitgehend konstanten, gleichmäßigen Kraft-Weg-Verlauf besitzt.
Die Hubschrauberzelle 34 ist mit mindestens einer erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (ABV) 2 ausgerüstet, die an einem im Bezug zur Bodenstruktur 36 oberen Abschnitt der rahmenartigen Tragstruktur 38 fixiert ist. Bei diesem oberen Abschnitt handelt es sich hier um einen Deckenabschnitt der rahmenartigen Tragstruktur 38. Jedoch auch Seitenwände oder Seitenwandbereiche der Tragstruktur 38 können einen solchen oberen Abschnitt darstellen. Mittels der ABV 2 ist ein Ausrüstungsgegenstand 40 an der Tragstruktur 38 befestigt. In der 4 ist die ABV 2 durch eine Zickzack-Linie angedeutet.
In der 4 sind schematisch drei Massen M1, M2 und M3 eingezeichnet. Diese Massen sind direkt bzw. indirekt mit der Hubschrauberzelle 34 verbunden und werden statisch und dynamisch von der Tragstruktur 38 abgestützt. Das Bezugszeichen M1 symbolisiert hierbei die Masse der Hubschrauberkabine mit ihren serienmäßigen Einbauten. Das Bezugszeichen M2 symbolisiert die Masse von oberhalb der rahmenförmigen Tragstruktur 38 angeordneten Hubschrauberkomponenten, wie beispielsweise einen Antrieb, einen Rotorkopf und zugehörige Rotorblätter. Das Bezugszeichen M3 symbolisiert die Masse einer Zusatzlast in Form des Ausrüstungsgegenstands 40, der mittels der ABV 2 an der Tragstruktur 38 angebracht ist. Der Pfeil F symbolisiert die Hauptbelastungsrichtung der auf dieses Gesamtsystem im Falle eines vertikalen Crashs wirkenden Beschleunigungskräfte.
Im Falle eines Vertikalabsturzes des Hubschraubers, also eines vertikalen Crashs, wirkt die Masse M1 unmittelbar auf die erste Stoßenergie-Absorptionseinrichtung A1, also die stoßabsorbierende Bodenstruktur 36 des Hubschraubers.
Die von der Masse M2 im Falle eines vertikalen Crashs ausgehenden Kräfte und Stoßimpulse werden über die rahmenartige Tragstruktur 38 in die erste Stoßenergie-Absorptionseinrichtung A1 eingeleitet. Diese rahmenartige Tragstruktur 38 als ein wesentlicher Teil des Kabinenbereichs muss deshalb besonders stabil und steif ausgebildet sein, um den Luftfahrzeuginsassen im Crashfall einen Überlebensraum zu sichern und diese vor der Einwirkung der oberhalb der Kabine angeordneten Masse M2 zu schützen. Die rahmenartige Tragstruktur 38 wird im Hinblick auf die für die Dimensionierung der Hubschrauberzelle 34 maßgeblichen Lastvielfachen und Grenzlasten als „nicht verformbare Struktur" ausgelegt, während die Bodenstruktur 36 gezielt als „verformbare Struktur" ausgestaltet wird.
Die rahmenartige Tragstruktur 38 müsste bei vorbestimmten Last- und Sicherheitsanforderungen von ihrer Stabilität her demnach so dimensioniert werden, dass sie alle Kräfte bzw. Lastspitzen, die von der Masse M2 ausgehen, ohne bleibende Schäden in die Bodenstruktur 36 und damit die erste Stoßenergie-Absorptionseinrichtung A1 leiten könnte. Die Stabilität und Festigkeit der Tragstruktur 38 ist im Rahmen eines vorbestimmten Lastvielfachenbereichs also auf die größtmögliche noch abzustützende Lastspitze, die von der Masse M2 ausgehen kann, auszulegen. Gleichzeitig besteht für die rahmenartige Tragstruktur 38 jedoch auch eine Grundanforderung, die für jedes Luftfahrzeugbauteil gilt, nämlich, dass sie möglichst leicht sein soll. Die aus der benötigten möglichst hohen Festigkeit bei einem gleichzeitig möglichst niedrigen Gewicht resultierenden gegensätzlichen Anforderungen hat der Konstrukteur bei der Ausgestaltung der Hubschrauberzelle 34 zu berücksichtigen.
Werden nun an der rahmenartigen Tragstruktur 38 eines fertiggestellten Hubschraubers nachträglich für bestimmte Missionen erforderliche Zusatzlasten in Form von mobilen Ausrüstungsgegenständen oder fest installierten Ausrüstungsgegenständen (wie z.B. medizinische Geräte, Messinstrumente, Ein- oder Anbauten für militärische Zwecke, usw.) angebracht, so gehen von diesen Ausrüstungen, die in der 4 durch die Masse M3 symbolisiert sind, im Crashfall große Zusatzbelastungen aus, die als hohe Lastspitzen in die rahmenartige Tragstruktur 38 eingeleitet werden. Dies kann dazu führen, dass im Falle eines vertikalen Crashs die maximal zulässige Belastbarkeit der rahmenartigen Tragstruktur 38 und zugeordneter Bereiche der Hubschrauberzelle 34 überschritten wird und insbesondere die Tragstruktur 38 versagt bzw. zu frühzeitig versagt. Die gewünschte Crashsicherheit der Hubschrauberzelle 34 wäre also nicht mehr gewährleistet.
Um dies zu verhindern, müssten sowohl die rahmenartige Tragstruktur 38 als auch weitere Teile der Hubschrauberzelle 34 erheblich verstärkt werden. Eine solche Verstärkung wäre jedoch nicht nur sehr aufwendig herzustellen, sondern würde auch zu einer extrem schweren Konstruktion führen, wie dies bereits in der Beschreibungseinleitung detailliert erläutert wurde.
Da bei der Hubschrauberzelle 34 der Ausrüstungsgegenstand 40 mit mindestens einer ABV 2 an der rahmenartigen Tragstruktur 38 befestigt ist, ist eine solche zusätzliche Verstärkung der Tragstruktur 38 jedoch nicht erforderlich; und eine unerwünschte Gewichtszunahme der Gesamtkonstruktion kann vermieden werden.
Denn die ABV 2 mit ihrer LPT fungiert im Falle eines starken vertikalen Crashs als zweite Stoßenergie-Absorptionseinrichtung A2, welche die von der Masse M3 des betreffenden Ausrüstungsgegenstands 40 ausgehende kinetische Energie zunächst in Verformungsenergie umwandelt, d.h. auftretende Lastspitzen durch Verformung der Metallbleche bis auf einen Lastspitzenrest abbaut. Dadurch wird die auf die Tragstruktur 38 wirkende Last begrenzt und die Tragstruktur 38 erheblich entlastet. Erst nachdem die Verformung abgeschlossen ist und die Metallbleche 28a, 28b (siehe z.B. 1) ihre maximal mögliche nominale Verformung erreicht haben, wird der ggf. noch verbleibende Lastspitzenrest gegenüber den ursprünglich aufgetretenen Lastspitzen zeitverzögert in die Tragstruktur 38 einleitet. Die Tragstruktur 38 überträgt den Lastspitzenrest dann auf die Bodenstruktur 36.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die verbleibende Stoßenergie bzw. die verbleibenden Lastspitzenreste also erst zu einem Zeitpunkt in die Tragstruktur 38 eingeleitet, in dem die zu Beginn des Crashs von der Masse M2 verursachten und in die Tragstruktur 38 eingeleiteten Lastspitzen bereits in einem hohen Umfang von der ersten Stoßenergie-Absorptionseinrichtung A1 abgebaut worden sind. Daher wird durch die verzögerte Einleitung der von der Masse M3 ausgehenden Energie in die rahmenartige Tragstruktur 38 deren maximal zulässige Belastbarkeit nicht überschritten.
Mit anderen Worten: Bei der Hubschrauberzelle 34 teilt sich der im Falle eines vertikalen Absturzes durch die Masse M3 des befestigten Ausrüstungsgegenstands 40 hervorgerufene Verformungsweg in eine globale, erste Verformung der Bodenstruktur 36 und eine lokale, zweite Verformung der ABV 2, an der die Masse M3 befestigt bzw. aufgehängt ist. Dadurch wird die als Übertragungselement zwischen der Masse M3 und der Bodenstruktur 36 fungierende rahmenartige Tragstruktur 38 zeitverzögert und nur abgeschwächt mit den von der Masse M3 ausgehenden Beschleunigungskräften bzw. Lasten beaufschlagt und damit entlastet. Daraus resultiert im Crashfall eine Art zweistufige Stoßabsorption und Stoßlastbegrenzung. Eine ungünstige Lastspitzenaddition kann somit vermieden werden.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiel beschränkt. Im Rahmen des Schutzumfangs können die erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (ABV) und die erfindungsgemäße Luftfahrzeugzelle auch andere geeignete Ausgestaltungsformen annehmen.
Das Verformungselement kann auch aus einem anderen Werkstoff als Metall hergestellt sein. So ist es für bestimmte Anwendungsfälle vorgesehen, das Verformungselement aus Faserverbundwerkstoff (FVW) zu fertigen. Auch Mischformen aus einem Metall- und einem FVW-Werkstoff sind möglich. Falls das Verformungselement als Hohlprofil ausgestaltet ist, kann es auch eine andere als die o.g. Querschnittsform aufweisen. Anstelle einer sechseckigen Querschnittsform sind auch andere polygonale Querschnittsformen sowie kurvenförmige Querschnittsformen mit konvexen und/oder konkaven Bereichen realisierbar. Mischformen sind ebenfalls denkbar. Das Verformungselement muss jedoch nicht zwangsläufig als Hohlprofil ausgestaltet sein. So ist es beispielsweise möglich, das Verformungselement aus einem meanderförmig oder zickzackartig zusammengefalteten Materialstreifen oder Blech zu bilden, dessen einzelne Abschnitte im unverformten Zustand eng und ohne Zwischenräume aneinander liegen und so den Eindruck eines massiven Blocks vermitteln. Bei einer Verformung wird diese Konstruktion dann auseinander gezogen. Eine Konfiguration mit Zwischenräumen ist ebenso denkbar. Das Verformungselement kann auch so konstruiert sein, dass es die Energie nicht durch eine Biegeverformung, sondern z. B. durch Stauchen bzw. Zusammendrücken, Abstrecken, Scheren, Expandieren, usw. eines Bauteils absorbiert. Mischformen aus den genannten Bauweisen sind ebenfalls realisierbar.
Zudem ist es möglich, die Auslöse-Einrichtung anders als oben beschrieben auszugestalten. Anstelle eines auf Zugkräfte belasteten Bauteils, wie des o.g. Niets, könnten auch durch Druckkräfte oder Zug- und Druckkräfte belastete Elemente zum Auslösen verwendet werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass zum Auslösen ein stiftartiges Bauteil durch eine Buchse gezogen wird und diese durch Expansionskräfte aufweitet, bis es schließlich aus der aufgeweiteten Buchse herausrutscht oder ausreißt und somit auslöst. Auch durch Vorspanneinrichtungen belastete Auslöseelemente oder sogar durch komplexere Sensoreinrichtungen gesteuerte Auslöse-Einrichtungen sind realisierbar.
Werden mit der erfindungsgemäßen ABV größere Gegenstände befestigt, die mehrere Befestigungspunkte erfordern, so können hierfür mehrere ABVs verwendet werden, die entweder gleiche oder aber auch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Es sind zudem gleichartig ausgestaltete ABVs verwendbar, deren Auslöseeinrichtung jeweils auf unterschiedliche Auslösekräfte eingestellt sind und/oder deren LPTs unterschiedliche Stoßabsorptionseigenschaften aufweisen. Auf diese Art und Weise lässt sich insbesondere bei Befestigungspunkten, die in unterschiedlichen Abständen von dem Schwerpunkt des zu befestigenden Ausrüstungsgegenstandes angeordnet sind, eine gleichmäßige Belastung aller ABVs erzielen und im Crashfall ein Verkannten oder Verdrehen des fixierten Ausrüstungsgegenstandes verhindern.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

2: Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
4: Erster Befestigungsabschnitt von 2
6: Tragstruktur
8: Befestigungsbolzen
8a: Kragen von 8
8b: Bolzenkopf von 8
10: Befestigungsbolzen
10a: Kragen von 10
10b: Bolzenkopf von 10
12: Verstärkungsschiene/Verstärkungselement
14: Zweiter Befestigungsabschnitt von 2
16: Hülse
16a: Hülsenflansch
16b: Hülsendecke
18: Niet
20: Halterungselement (schraubenbolzenartiges-)
20a: Bolzenkopf
22: Federelement
24: Auslöse-Einrichtung (lastbegrenzende-)
26: Lastspitzen-Transformationseinrichtung (LPT)
28: Versormungselement (lastbegrenzendes, stoßenergieabsorbierendes-)
28a: Oberes Metallblech von 28
28a1: Randstege von 28a
28b: Unteres Metallblech von 28
28b1: Randstege von 28b
30: Nieten
32: Nieten
34: Hubschrauberzelle
36: Stoßabsorbierende Bodenstruktur von 34
38: Tragstruktur von 34
40: Ausrüstungsgegenstand
A1: Erste Stoßenergie-Absorptionseinrichtung
A2: Zweite Stoßenergie-Absorptionseinrichtung
F: Hauptbelastungsrichtung im Crashfall
M1: Masse der Hubschrauberkabine
M2: Masse der oberhalb der Tragstruktur 38 angeordneten
: Hubschrauberkomponenten
M3: Masse von 40
Q: Profilquerachse von 28

Claims

Crashsicherheiterhöhende Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) eines Luftfahrzeugs, insbesondere eines Drehflügelflugzeugs, umfassend: – einen ersten Befestigungsabschnitt (4), an dem die Vorrichtung (2) an einer Tragstruktur (6; 38) zu befestigen ist; – einen zweiten Befestigungsabschnitt (14), an dem eine Ausrüstung (40; M3) an der Vorrichtung (2) zu befestigen ist; – eine lastbegrenzende Auslöse-Einrichtung (18, 24), die einen ersten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (4, 14) definiert, und welche den ersten und den zweiten Befestigungsabschnitt (4, 14) unterhalb einer vorbestimmten Auslösekraft fest miteinander verbindet (18) und eine von der befestigten Ausrüstung (40; M3) im Normalzustand (kein Crash) ausgehende Nominallast, die kleiner als die Auslösekraft ist, zwischen den beiden Befestigungsabschnitten (4, 14) überträgt, und welche bei einem crashbedingten Erreichen der Auslösekraft auslöst und die lastabtragende Verbindung (18) und den ersten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (4, 14) trennt; und – eine Lastspitzen-Transformationseinrichtung (26) mit mindestens einem mit dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (4, 14) und der Auslöse-Einrichtung (18, 24) verbundenen, lastbegrenzenden, stoßenergieabsorbierenden Verformungselement (28), das nach dem Auslösen der Auslöse-Einrichtung (18, 24) einen zweiten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (4, 14) bildet und von der befestigten Ausrüstung (40; M3) ausgehende crashbedingte Lastspitzen, die größer als die Auslösekraft sind, bis zum Erreichen einer maximal möglichen nominalen Verformung absorbiert und nur einen Teil der Lastspitzen lastbegrenzend zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (4, 14) überträgt, und das bei Erreichen der maximal möglichen nominalen Verformung einen infolge der Lastspitzenabsorption verbleibenden Lastspitzenrest zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (4, 14) überträgt, wobei der Lastspitzenrest bezogen auf den Zeitpunkt des Auslösens der Auslöse-Einrichtung (18, 24) zeitverzögert in den ersten Befestigungsabschnitt (4) eingeleitet wird.
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) nach dem vorhergenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Befestigungsabschnitt (4, 14) bezogen auf eine durch die von der befestigten Ausrüstung (40; M3) ausgehende Last vorbestimmte Hauptbelastungsrichtung (F) übereinander angeordnet sind.
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verformungselement (28) ein Zug-Verformungselement ist, welches sich bei einer als Zugkraft zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (4, 14) wirkenden Belastung verformt.
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verformungselement (28) als Biegeelement (28a, 28b) ausgestaltet ist.
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verformungselement (28) als Hohlprofil (28a, 28b) ausgestaltet ist und sich der erste Befestigungsabschnitt (4) an einem oberen, mittleren Profilbereich (28a) und der zweite Befestigungsabschnitt (14) an einem unteren, mittleren Profilbereich (28b) des Hohlprofils befindet.
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (28a, 28b) im unverformten Zustand einen breiten, abgeflachten Profilquerschnitt besitzt, dessen Profilquerachse (Q) sich im Wesentlichen rechtwinkelig zur Hauptbelastungsrichtung (F) erstreckt.
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeflachte Hohlprofil aus mindestens zwei übereinander oder nebeneinander angeordneten streifen- oder plattenförmigen Teilen (28a, 28b) zusammengesetzt ist, die fest miteinander verbunden (30) sind.
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungselement (28) aus Metallwerkstoff hergestellt ist.
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöse- Einrichtung (24) eine Sollbruchstelle (18) aufweist, welche bei Erreichen der Auslösekraft bricht.
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöse-Einrichtung (18, 24) innerhalb des Hohlprofils (28a, 28b) angeordnet ist.
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Hohlprofils (28a, 28b) ein Verstärkungselement (12) angeordnet ist, welches dem ersten Befestigungsabschnitt (4) zugeordnet und mit diesem verbunden (8, 10, 18) ist.
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (12) an seiner dem ersten Befestigungsabschnitt (4) zugewandten Seite abgerundete Kanten aufweist, über die hinweg sich nach dem Auslösen der Auslöse-Einrichtung (18, 24) zumindest ein Teilbereich (28a) des Hohlprofils (28a, 28b) biegt.