DE69321610T2

DE69321610T2 - Druckbeständige kraftstofftankpaneele

Info

Publication number: DE69321610T2
Application number: DE69321610T
Authority: DE
Inventors: Bruce Henry Southbury Ct 06488 Barr; Alan Lee Milford Ct 06460 Dobyns; Edward Joseph Oxford Connecticut 06478 Fabian; Kenneth Morgan Monroe Ct 06468 Furnes; Bruce Fredric Milford Ct 06460 Kay; Joaquin Stratford Ct 06497 Terceno; Darryl Mark Madison Ct 06443 Toni
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-12-30
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2013-12-31
Also published as: RU2111869C1; WO1994016882A1; US5674586A; IL108363A0; EP0680407A1; IL108363A; EP0680407B1; AU6016894A; DE69321610D1; CA2152790A1; AU672677B2; JPH08508687A

Description

TECHNISCHES SACHGEBIET

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstofftank, der Komposit-Platten aufweist, für ein Flugzeug, und insbesondere auf Komposit-Platten, die gegen hohe Druck- und Stoßbeanspruchungen resistent sind, um eine Beschädigung zu minimieren.

HINTERGRUND

Komposit-Materialien, wie beispielsweise graphitfaser-verstärktes Epoxidharz, ersetzen schnell Metall als das Material der Wahl in modernem Flugzeug-Design. Solche Materialien liefern ein niedriges Gewicht und eine hohe Festigkeit und die Fähigkeit, eine vielteilige Montage unter Verwendung verschiedener, integrierender Formungstechniken zu vermeiden. Eine Verwendung für Komposit-Materialien ist diejenige, Platten zu bilden, die montiert werden, um Flugzeugstrukturen herzustellen. Insbesondere können graphitfaser-verstärkte Komposit-Platten verwendet werden, um strukturelle Oberflächen zu schaffen, die als Containment-Wände für einen integrierten Kraftstofftank, der eine Kraftstoffblase enthält, dienen.
Wenn ein Kraftstofftank in dieser Art und Weise aufgebaut wird, ist es typisch, einen gewissen Grad einer ballistischen Toleranz vorzusehen, da eine Stoß-Beschädigung, wie beispielsweise von einem Projektil oder einem anderen Fremdobjekt, eine Kraftstoff-Freigabe und einen Verlust eines Flugzeugvortriebs verursachen kann, oder, falls die Kraftstofftank-Tragestruktur auch als eine primäre Flugzeug-Struktur dient, eine extensive Beschädigung einen Verlust einer strukturellen Integrität verursachen kann.
Graphit-Komposit-Platten sind, während sie von einer hohen Festigkeit und einem leichten Gewicht sind, dahingehend beurteilt worden, daß sie in Bezug auf eine ernsthafte Beschädigung anfällig sind, wenn sie einem "hydraulischen Ramm- bzw. Staudruck-" Effekt unterworfen werden. Wenn ein Objekt mit einer hohen Geschwindigkeit, wie beispielsweise ein Projektil, einen Kraftstofftank durchdringt und in das den Kraftstoff enthaltende Innere eintritt, wird es aufgrund von Widerstandskräften verlangsamt. Wenn es sich verlangsamt, überträgt das Objekt seine kinetische Energie auf das umgebende Fluid. Dies erzeugt eine intensive Druckwelle, die die Kraftstoffzellenwände beansprucht. Es ist festgestellt worden, daß dann, wenn die Druckwelle auf die Kraftstoffzellenwand gegenüberliegend dem Objekteintrittspunkt einwirkt, sie die Platte vor einem Stoß in einem solchen Umfang beansprucht, daß ein darauffolgender Stoß eine ernsthafte Beschädigung durch Brechen der Peripherie der Platte im Gegensatz zu der erwarteten, einfachen Durchdringungsbeschädigung verursachen kann. Dies kann zu einem katastrophalen Ausfall des Kraftstofftanks führen.
Im Stand der Technik beschreibt die EP-A-047 229 ein Verfahren zum Herstellen einer gekrümmten Komposit-Platte. Die US-A-3 559 708 beschreibt einen mit gefalteter, flexibler Wand versehenen Kraftstoffbehälter, der in einem Aufnahmebehälter vom Abreiß-Typ angeordnet ist, der sich bei einem Aufschlag öffnet, um dem Kraftstoffbehälter zu ermöglichen, zu expandieren. Die WO 90/l 4862 beschreibt ein geschütztes Kraftstoff-Übertragungs- und -Vorratssystem, das eine Schaumverrohrung verwendet, die dazu ausgelegt ist, sich unter einem Aufprall zu zerlegen, um eine Feuerunterdrückungs-Chemikalie freizugeben. Die EP-A-0 237 095 beschreibt ein Armierungs-Platten-Komposit mit einer keramischen Stoß-Schicht, einem Unterschicht-Laminat alternierender Metallplatten und Faserschichten, einem Trageelement und einer Versteifungsschicht. Die US-A-5 022 307 beschreibt eine Komposit- Abschirmung, die eine Energie absorbierende Gummischicht, eine Druckplatte, ein Quetschelement und eine zweite, Energie absorbierende Gummischicht verwendet. Die US-A-4 352 851 beschreibt eine Flugzeug-Armierung, die ein Blechteil, eine Schicht aus mit Polysulfit imprägniertem Gewebe bzw. Gewirke auf dem Metallteil, eine Vielzahl von lateralen Trageteilen, die an der anderen Seite des Metallteils befestigt sind, um eine Versteifung zu erzielen, mindestens eine Schicht aus einem steifen Schaum, der innerhalb des leeren Volumens angeordnet ist, der sich zwischen den lateralen Trageteilen erstreckt, und eine zweite Schicht aus mit Polysulfit imprägniertem, ballistischem Gewebe, das sich über die lateralen Trageteile erstreckt, um eine Abdeckung für die Armierung zu bilden, besitzt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Platte zu schaffen, die aus faserverstärktem Komposit-Material hergestellt ist, das für eine Stoß-Beschädigung, einem hydraulischen Staudruckeffekt folgend, resistent ist.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Platte zu schaffen, die Mittel besitzt, um eine Druck- und Stoß-Beschädigung an sowohl der Fremdobjekt-Eintritts- als auch der -Austrittsstelle in dem Kraftstofftank zu minimieren.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Komposit-Platte zu schaffen, die einen Druck absorbierenden Kern liefert, der eine strukturelle Festigkeit während normaler Betriebsweisen besitzt, allerdings zerbrechbar ist, wenn er einem hydraulischen Staudruckeffekt unterworfen wird.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Komposit-Platte zu schaffen, die Mittel besitzt, um eine Absorption des hydraulischen Staudruckeffekts durch Ablenken einer äußeren Schicht der Komposit-Platte zu ermöglichen, um eine Beanspruchung vor einem Stoß zu verhindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Komposit-Platte eine innere, faserverstärkte Schicht, eine äußere, faserverstärkte Schicht, einen verstärkenden Kern, der aus einem Material hergestellt ist, das zerbrechbar ist, um einen hohen, inneren Druck zu absorbieren, um zu verhindern, daß sich Spannung aufbaut, und zum Versteifen einer äußeren Schicht, auf. Eine Vielzahl von Schnürelementen ist in einer beabstandeten, sich kreuzenden Muster-Orientierung über der äußeren Schicht plaziert, das Schnürelement, das aus einem Fasermaterial zusammengesetzt ist, das ein unterschiedliches Elastizitätsmodul gegenüber der Faser besitzt, die dazu verwendet ist, die äußere Schicht herzustellen. Die Schnürelemente wirken als eine flexible Verstärkung, um ein gewisses Nachgeben in der unterlegenden, äußeren Schicht zu ermöglichen, wobei sie dennoch die gesamte Platte zurückhalten, um einen peripheren Plattendefekt zu verhindern. Solche Schnürelemente bzw. Bänder besitzen den zusätzlichen Vorteil einer feldmäßigen Unterteilung der Platte in diskrete Abschnitte, um eine Rißpropagation zu begrenzen.
Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung wird eine Versteifung der Komposit- Platte vermieden, um so einen peripheren Platten-Defekt zu verhindern. Zusätzlich begrenzt der erfindungsgemäße Aufbau eine Stoß-Beschädigung auf eine lokalisierte Durchdringung mit einem begrenzten, lokalisierten Reißen, um einen drastischen Kraftstoffverlust zu verhindern. Demzufolge erzielt die Verwendung der Platten der vorliegenden Erfindung eine wesentliche Erhöhung der Überlebensfähigkeit des Kraftstofftanks.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1a, 1b und 1c zeigen sequentielle Ansichten eines Kraftstofftanks nach dem Stand der Technik, der einem Stoß durch ein Fremdobjekt unterliegt.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kraftstofftanks, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, die angedeutet die membranähnliche Erweiterung einer Seitenplatte, die einem hydraulischen Staudruck unterworfen ist, darstellt.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang Linien 3-3 der Fig. 2 vorgenommen ist.
Fig. 4a stellt eine Platte eines Kraftstofftanks gemäß der Erfindung dar, die einen zerbrechbaren Kern zwischen innerer und äußerer Schichten einsetzt;
Fig. 4b stellt die Absorption eines hohen, inneren Drucks durch den zerbrechbaren Kern dar, so daß die äußere Schicht nicht überbeansprucht wird.
Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung, die eine Belastungsspannung gegenüber einer Verschiebung für verschiedene Kernstrukturen darstellt.
Fig. 6a stellt eine Komposit-Platte der Erfindung mit einer typischen Eintrittsbeschädigung dar; Fig. 6b stellt eine typische, minimierte Austrittsbeschädigung für eine feldmäßig unterteilte Platte dar, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Wie die Fig. 1 a-c zeigen, ist dort eine typische Stoß-Sequenz in Bezug auf einen Komposit-Kraftstofftank nach dem Stand der Technik dargestellt. In Fig. 1a enthält ein Kraftstofftank 1 Kraftstoff 2 und besitzt eine erste Wand 3, die durch ein Objekt 4 getroffen ist. Dies bewirkt, daß eine Druckwelle 5 initiiert wird. In Fig. 1b erzeugt das Objekt einen Hohlraum 6 und das verschobene Fluid und die Druckwelle bewirken jeweils, daß sich die anderen Tankwände nach außen aufwölben. Die Wände werden bis zu deren Limit gedehnt. In Fig. 1c stößt das Objekt 4 auf eine Tankwand 7 auf, was eine lokalisierte Stoß-Beschädigung 8 und einen Defekt an den peripheren Kanten 9 aufgrund der Vorspannung der Platte und der Stoß-Beanspruchungen bewirkt.
Wie die Fig. 2 zeigt, ist dort ein Kraftstofftank 10 gezeigt, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Der Kraftstofftank 10 besitzt eine Endwand 11, eine Oberseitenwand 12 und eine Seitenwand 13. Jede dieser Wände ist aus einer Komposit-Platte gebildet, die eine bestimmte Anordnung von Materialien, die gemäß der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt sind, besitzt.
Wie die Fig. 3 zeigt, ist dort eine Querschnittsansicht der Seitenwand 13 teilweise im Schnitt dargestellt. Die Seitenwand ist eine Komposit-Platte, die eine innere Schicht 14, zusammengesetzt aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, vorzugsweise von einem Aufbau faserverstärkter Lagen 14a, einer äußeren Schicht 15, die auch aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial zusammengesetzt ist, und einem zerbrechbaren Kern 16, der sandwichartig zwischen die Schichten gelegt ist, was eine zusätzliche, strukturelle Steifigkeit der Seitenwand liefert. Die äußere Schicht ist aus der minimalen Menge struktureller Lagen 15a, die notwendig ist, um den Kraftstoff mit einer Sicherheitsspanne aufzunehmen, zusammengesetzt. Die innere Schicht 14 besitzt kontinuierliche oder diskontinuierliche Schwächungsstrukturen 17 an der Peripherie davon, die eine ausreichende Festigkeit besitzen, um normalen Betriebskräften standzuhalten, zum Beispiel um das Gewicht des Kraftstoffs mit einer Sicherheitsspanne aufzunehmen, allerdings dennoch mit einer ausreichenden Schwächung, um zu brechen, wenn sie höheren Drücken unterworfen werden, die zum Beispiel aus einem hydraulischen Staudruckeffekt resultieren können. Demzufolge arbeitet die innere Schicht mit der äußeren Schicht als die Hauptkraftstofftank-Tragestruktur, wobei die äußere Schicht als eine redundante Struktur wirkt, wenn die innere Schicht aufgrund irgendeines Überdrucks (d. h. hydraulischer Staudruck) ausfällt.
Unter noch weiterer Bezugnahme auf Fig. 3 würde, wie angedeutet dargestellt ist, eine Druckwelle, die durch die innere Schicht eingeschlossen ist, die Schwächungsstruktur 17 brechen. Dies verschiebt die innere Schicht 14 nach außen in den zerbrechbaren Kern 16 hinein. Dies würde einiges der Kraft absorbieren. Die innere Schicht 14 und der zerbrechbare Kern 16 berühren auch zuerst das eindringende Objekt, um die Stoß-Beschädigung auf der äußeren Schicht zu dämpfen und die Neigung zu einer peripheren Kantenbeschädigung zu reduzieren.
Verstärkungsbänder sind um die Außenseite jeder Komposit-Platte angeordnet. Allgemein besitzen die Bänder einen Modulus unterschiedlich von dem Modulus der unterlegenden Schichten, um eine Zwischenfestigkeit der Platte für lokal höhere Verschiebungen zu verleihen, und demzufolge arbsorbieren die Bänder eine gewisse Kraft des Stoßes, um seine Übertragung auf die peripheren Kanten zu verhindern. Demzufolge würde ein Stoß innerhalb irgendeines Abschnitts, der durch sich kreuzende Bänder verbunden ist, die Propagation der Stoßkraft auf die Kanten des Kraftstofftanks reduzieren und eine periphere Beschädigung verhindern. Die Bänder unterteilen so feldmäßig die Beschädigung in Felder durch Unterteilen der Platte.
Die Platte der Erfindung umfaßt eine innere Schicht, die aus einem faserverstärkten Material mit einem relativ hohen Modulus zusammengesetzt ist, die als die strukturelle Hauptschicht wirkt. Zum Beispiel kann ein graphitfaser-verstärktes Epoxidharz-Material verwendet werden. Die äußere Schicht ist vorzugsweise aus einem Material mit einem niedrigeren Modulus zusammengesetzt, um eine hohe Dehnung zu ermöglichen. Glasfaser- oder polyaramidfaser-verstärktes Epoxidharz würde typisch sein. Die Schwächungsstrukturen entlang der Kanten der Platte können durch Hinterschneiden oder Überlappen individueller Schichten vorgesehen werden, um einen schwachen Punkt in einem bestimmten Bereich zu bilden. Die Schnürelemente sollten aus einem Material mit einer vergleichbar hohen Dehnung sein, wie beispielsweise glasfaser-verstärktes Epoxidharz, um der äußeren Schicht zu ermöglichen, als eine flexible Membran zu wirken, allerdings etwas fester, um selektiv die äußere Schicht zu verstärken, was nicht verstärkten Bereichen ermöglicht, sich in einer in Felder unterteilten Art und Weise zu dehnen. Das Kernmaterial kann steif sein, wie beispielsweise ein Graphit-Wabenkern oder ein Metall-Wabenkern, ausgewählt für dessen strukturelle Eigenschaften, und zwischen den Schichten verbunden. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Auswahl des Kerns nicht eingeschränkt.
In Fig. 4a ist eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Platte 18 besitzt eine innere Schicht 19, eine äußere Schicht 20 und einen Kern 21, dazwischen angeordnet. Innere und äußere Bänder 22 und 23 sind in der inneren und äußeren Schicht eingeschlossen. Der Kern liefert eine strukturelle Stütze für die Schichten, ist allerdings aus einem zerbrechbaren Material zusammengesetzt, das eine vorgegebene Streckgrenze besitzt, im Gegensatz dazu, daß es ein relativ steifes Material ist, wie es herkömmlich verwendet ist. Indem es zerbrechbar ist, wird eine adäquate, strukturelle Festigkeit für normale Betriebskräfte sichergestellt. Allerdings absorbiert, wenn eine außergewöhnliche Kraft vorhanden ist, im Gegensatz zu einer Übertragung der Kraft durch den Kern, der Kern die Kraft durch Zerbrechen. Vorzugsweise besitzt der Kern eine Schwellwert-Dehngrenze, die, wenn sie überschritten wird, bewirkt, daß sich der Kern deformiert. Der Kern wird dann zerbrochen, um die Kraft zu absorbieren, was eine Überbeanspruchung der äußeren Schicht verhindert.
In Fig. 4b ist die Platte der Fig. 5a dargestellt, wie sie einem hydraulischen Staudruck unterworfen wird. Die innere Schicht 19 ist an einem Bereich 24 gebrochen und wird nach außen verschoben. Allerdings kollabiert der Kern 21 und verdichtet sich, im Gegensatz dazu, die Kraft auf die äußere Schicht 20 zu übertragen, was demzufolge eine Übertragung der Kraft auf die äußere Schicht verhindert. Ein darauffolgender Stoß durch ein Objekt würde demzufolge nicht auf eine versteifte, äußere Schicht treffen und das Potential für eine periphere Beschädigung wird reduziert.
Für Zwecke dieser Anwendung ist ein "zerbrechbarer" Kern ein solcher, der eine ausreichende Steifigkeit besitzt, um eine strukturelle Integrität ohne Deformation sicherzustellen, wenn er normalen Betriebskräften, wie beispielsweise Kraftstoffgewicht oder ein Schwappen während verschiedener Flugzeugmanöver, unterworfen wird, sogar oberhalb einer bezeichneten Grenze, was durch Deformation und Zerbrechen erzielt ist, um zusätzliche Kräfte zu absorbieren. Allgemein ist eine Kernstruktur, die eine Scherfestigkeit von 2·10³ Pa (300 psi) und ein Steifigkeitsmodul für Kompression von 1,2·10&sup6; Pa (180·10³ psi) und ein Querschermodul von 4,67·10&sup5; Pa (70·10³ psi) besitzt, zufriedenstellend. Fig. 5 stellt die bevorzugte Ausfall-Sequenz dar. Ein steifer Kern, der nicht zerbrechbar ist, überträgt alle Lasten auf den Ausfall-Punkt der äußeren Schicht, angezeigt durch eine Linie A und einen Punkt B. Eine Linie C stellt die Grenze für normale Betriebskräfte dar. Unter Verwendung eines zerbrechbaren Kerns absorbiert eine wesentliche Verschiebung des Kerns vor einem Ausfall Energie, um die Effekte auf die äußere Schicht, wie durch eine Linie D dargestellt ist, zu dämpfen. Demzufolge können Materialien, wie beispielsweise steifer, allerdings kollabierbarer, Schaumstoff, und Metallkerne mit einer relativ niedrigen Dichte, als Kerne bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Ein zusätzlicher Vorteil ist, wenn der zerbrechbare Kern in Kombination mit Schnürelementen verwendet wird, derjenige, daß die Platten eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen eine Stoß-Beschädigung besitzen.
Wie die Fig. 6a und 6b zeigen, besitzt eine Platte 25, die gemäß der Platte, die in den Fig. 4a und 4b aufgebaut ist, eine äußere Schicht 26, eine innere Schicht 27 und Bänder 28. In Fig. 6a besitzt die äußere Schicht typischerweise eine Eintrittsbeschädigung, die auf einem Punkt 29, der sich ungefähr der Form des auftreffenden Objekts annähert, beschränkt ist. In Fig. 6b besitzt die innere Schicht 27 eine typische Austrittsbeschädigung, wenn die vorliegende Erfindung verwendet wird. Die innere Schicht besitzt auch einen Punkt 30, der sich der Form des Objekts annähert, mit ausstrahlenden Rissen 31. Feststellbar verbleiben die Risse innerhalb eines in Felder unterteilten Abschnitts 32, definiert durch Bänder 28a, b, c, d. Der kollabierbare Kern besitzt eine verringerte Beschädigung durch Absorbieren kinetischer Energie, wenn sich das Objekt durch diesen hindurchbewegt. Zusätzlich unterteilen die Bänder die Platte in Felder durch Definieren von Plattenabschnitten, wobei die Bänder dann dahingehend wirken, eine Riß-Propagation von dem Objektaustrittspunkt aus zu minimieren. Eine solche minimierte Beschädigung minimiert zusätzlich das Potential für eine katastrophale Kraftstofftankbeschädigung aufgrund eines Stoßes.
Die innere und äußere Schicht können aus graphiffaser-verstärkten Epoxidharz- Schichten aufgebaut werden, zusammengesetzt aus vielfachen Lagen aus graphitfaser-verstärktem Material. Der Kern wird vorzugsweise aus Aluminium hergestellt. Der Aluminiumkern ist vorzugsweise von einem Honigwabenaufbau, der ein Gewicht von 72 bis 128 kg/m³ (4,5 bis 8 lbs. pro Kubik-Foot) besitzt. Unterhalb 72 kg/m³ (4,5 lbs. pro Kubik-Foot) deformieren normale Kräfte den Kern, oberhalb 72 kg/m³ (8 Lbs. pro Kubik-Foot) tritt ein Reißen nicht vor einer Übertragung einer wesentlichen Kraft auf die äußere Schicht auf. Im Hinblick auf die Dicke ist der Kern ungefähr 12,7 bis 25,4 mm (1/2" bis 1") dick. Die Graphit-Schichten sind aus vielfachen Lagen aufgebaut, wobei jede Lage typischerweise ungefähr 0,2 mm (0,0075") insgesamt dick ist, hergestellt aus 3-6 Lagen. Vorzugsweise sind die isolierenden Deckschichten zwischen dem Kern und der inneren und der äußeren Schicht angeordnet, um eine galvanische Korrosion zu begrenzen. In Fig. 4a isoliert ein Paar glasfaser-verstärkter Epoxidharz-Decklagen 33 die Graphit-Lage 34 gegen das Aluminium, um eine galvanische Korrosion zu vermeiden. Wie in der anderen Ausführungsform sind die Schnürelemente glasfaser-verstärkte Epoxidharz-Bänder, die dem hydraulischen Staudruck durch Wirken als eine Verstärkung in ausgewählten Flächenbereichen für eine feldmäßige Unterteilung der Stoß-Beschädigung widerstehen.
Die glasfaser-verstärkten Bänder besitzen eine Dehnung ungefähr ein- bis zweimal derjenigen von Graphit. Die typische Kraftstoffzelle ist 2,14 m (7') lang und 0,9 m (3') hoch und die Bänder, die ungefähr 50,4 mm (2") breit sind, werden auf der Platte unter einer Beabstandung von 0,18-0,20 m (7-8") plaziert. Die glasfaser-verstärkten Bänder sind vorzugsweise aus vier Lagen aus glasfaser-verstärktem Epoxidharz aufgebaut, die eine Gesamtdicke von 0,76 mm (0,030") besitzen.

VERGLEICHSBEISPIEL I

Eine Platte, die eine innere Schicht aus graphiffaser-verstärktem Epoxidharz, eine äußere Schicht aus graphitfaser-verstärktem Epoxidharz und einen steifen Kern besaß, wurde im Hinblick auf eine Stoß-Beschädigung getestet. Die innere und äußere Schicht waren mit vier Lagen aufgebaut, wobei jede davon eine Dicke von 0,76 mm (0,030") besaß.
Der steife Kern war aus einer Grahit-Wabe aufgebaut, die eine Dichte von 128 kg/m³ (8 lbs. pro Kubik-Foot) (HEXCELL®, HFT-G 3/16-8) besaß. Nach einem Stoß besaß die Platte eine Beschädigung des Hauptkerns und der Schicht.

VERGLEICHSBEISPIEL II

Eine Platte, die aus einem graphitfaser-verstärktem Epoxidharz gemäß Vergleichsbeispiel I aufgebaut war, umfaßte zusätzlich Hut- bzw. Oberseitenabschnitt-Verstärkungseinrichtungen, d. h. diskontinuierliche Wellungen als Unterlage, um die äußere Schicht zu verstärken. Wenn die Platte einem Stoß eines Projektils unterworfen wurde, wurde befunden, daß die Versteifungseinrichtungen von der Platte unter dem Stoß wegbrachen und die Platte eine starke Beschädigung hatte.

VERGLEICHSBEISPIEL III

Eine Platte, die aus einem graphitfaser-verstärktem Epoxidharz zusammengesetzt war, aufgebaut gemäß Vergleichsbeispiel I, besaß kontinuierliche, gewellte Versteifungseinrichtungen, die in ihr eingebettet waren. Die Versteifungseinrichtungen stützten so die gesamte, äußere Schicht. Die Platte wurde einer Stoß-Beschädigung unterworfen und es wurde befunden, daß die Versteifungseinrichtungen von der Platte unter einem Stoß wegbrachen, und die Platte erlitt eine starke Beschädigung.

VERGLEICHSBEISPIEL IV

Ein Sandwich-Platten-Aufbau wurde präpariert, der innere und äußere Schichten mit graphitfaser-verstärktem Epoxidharz, jeweils aus vier Lagen zusammengesetzt, gemäß Vergleichsbeispiel I, und einen steifen Aluminiumkern, zusammengesetzt aus einer 3,2 mm (1/8") Zellengröße, 5056 Aluminium-Legierung, mit einer Foliendicke von 0,05 mm (0,002") für eine Dichte von 8,1 lbs/ft³, besaß. Die Platte wurde einem Stoß durch ein Projektil unterworfen. Die Eintrittsbeschädigung wurde auf einen Punkt vergleichbar mit dem Projektildurchmesser, verwendet in dem Test, begrenzt. Allerdings trat auf der Austrittsseite der Platte eine starke Beschädigung der äußeren Schicht auf.

BEISPIEL V

Eine Platte, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut war, wurde einer Stoß- Beschädigung unterworfen. Die Platte enthielt innere und äußere Schichten aus graphitfaser-verstärktem Epoxidharz, von denen jede vier Lagen aus graphitfaser-verstärktem Epoxidharz besaß. Die glasfaser-verstärkten Epoxidharz-Deck-Lagen wurden verwendet, um die graphitfaser-verstärkten Schichten von einem zerbrechbaren Aluminiumkern zu isolieren, der aus einer 3,2 mm (1/8") Zellengröße, 5056 Aluminium-Legierung, mit einer 0,025 mm (0,001") Foliendicke, zusammengesetzt war und eine Dichte von 72 kg/m³ (4,5 lbs. pro Kubik-Foot) besaß. Glasfaser-verstärkte Epoxidharz-Bänder wurden auf den inneren und äußeren Oberflächen der Platte vorgesehen. Die Bänder waren ungefähr 50,4 mm (2") breit und voneinander ungefähr 203 mm (8") beabstandet. Die Eintrittsbeschädigung wurde, wenn sie einem Projektil-Stoß unterworfen wurde, auf ein Loch vergleichbar mit der Größe des auftreffenden Projektils begrenzt und eine Austrittsbeschädigung wurde auf einen Punkt und auf Deckschichtrisse begrenzt, die an den glasfaser-verstärkten Bändern innerhalb des in Felder unterteilten Bereichs der Platte gestoppt wurden. Dies war die einzige Platten-Konfiguration, die eine Beschädigung auf überlebensfähigen Niveaus beschränkte.
Die Kombination eines relativ steifen, allerdings zerbrechbaren, Kerns, die den Umfang einer punktuellen Beschädigung und einen hydraulischen Staudruck-Effekt minimiert, der graphitfaser-verstärkten Epoxidharz-Schichten, die eine aureichende Festigkeit liefern, um Kräften, die typischerweise vorhanden sind, standzuhalten, und glasfaser-verstärkter Epoxidharz-Bänder, mit einer hohen Festigkeiteigenschaft zum Verstärken der Schichten, um einem hydraulischen Staudruck-Effekt zu widerstehen, während sie zusätzlich als Elemente zum feldmäßigen Unterteilen einer Stoß-Beschädigung wirken, um eine Riß-Ausbreitung auf aneinander angrenzende Bereiche zu verringern, liefert eine ausgezeichnete Komposit-Platte zur Herstellung eines Kraftstofftanks insbesondere, oder zum Aufbau irgendeiner Struktur, die druck- und stoß-tolerant sein sollte.

Claims

1. Kraftstofftank (10), der Containment-Wände zum Aufnehmen von Kraftstoff besitzt, wobei mindestens eine Containment-Wand aufweist:

eine druck-tolerante Komposit-Platte (13, 18), die eine innere, faserverstärkte Schicht (14, 19), eine äußere, faserverstärkte Schicht (15, 20) und einen verstärkenden Kern (16, 21), der dazwischen angeordnet ist, besitzt, gekennzeichnet dadurch, daß der Kern auf einen hohen Druck hin zerbrechbar ist, um einen Spannungsaufbau zu verhindern und dadurch eine Stoß-Beschädigung in der äußeren Schicht (15, 20) der Komposit-Platte zu begrenzen, und wobei eine Vielzahl von Schnürelementen (28) über der äußeren Schicht (15, 20) in einem beabstandeten, kreuzenden Muster für eine Feldunterteilung der äußeren Schicht (15, 20) in diskrete Abschnitte angeordnet ist.

2. Kraftstofftank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnürelemente (28) aus einem glasfaser- oder polyaramidfaser-verstärkten Epoxydharz zusammengesetzt sind.

3. Kraftstofftank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (16, 21) ein Wabenkern ist.

4. Kraftstofftank nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkern ein Gewicht von mindestens 72 kg/m³ (4,5 lbs. pro Kubik-Foot) besitzt.

5. Kraftstofftank nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkern ein Gewicht von 72 bis 128 kg/m³ (4,5 bis 8 lbs. pro Kubik-Foot) besitzt.

6. Kraftstofftank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (14, 19) aus einem graphitfaser-verstärkten Epoxydharzmaterial zusammengesetzt ist.

7. Kraftstofftank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht (15, 20) aus einem graphitfaser-verstärkten Epoxydharzmaterial zusammengesetzt ist.

8. Kraftstofftank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Faserschicht Einrichtungen zum partiellen Freigeben der inneren Faserschicht (14, 19) an der Peripherie davon besitzt, die Schwächungsstrukturen (17), die entlang der Kanten der Platte angeordnet sind, aufweist.

9. Kraftstofftank nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum partiellen Freigeben der inneren Faserschicht (14, 19) an der Peripherie davon individuelle Falten aufweist, die durch Hinterschneiden oder Überlappen an bestimmten Flächenbereichen angeordnet sind, um nicht-faserverstärkte Flächenbereiche zu bilden.