Holmlose Tragflächen

[Doppelnik]

Die Standartbauweise (Metall,) von Tragflächen ist m.W. der Tragflächenholm an dem die Spanten befestigt werden welcher wiederum die Tragflächenhaut trägt. Die Verwendung eines (oder zweier) Holme hat sicherlich den großen Vorteil, dass man die Tragflächehaut an vielen Stellen unterbrechen kann ohne dass die Festigkeit wesentlich beeinträchtigt wird. Je komplexer das Innenleben, desto mehr wird die Tragflächenhaut mit Öffnungen für Fahrwerke, Vorflügel klappen u.v.m. geschwächt, daher wird man bei typischen Airlinern die Tragflächenhaut nur begrenzt als tragendes Teil nutzen können.

Aus Gewichtsgründen erscheint es eigenlich wünschenswert, die Tragflächenhaut selber für die Übertragung der Biegekräfte zu nutzen, schließlich liegt die stellweise am am weitesten von der Biegelinie entfernt. Das geht, aus den oben genannten Gründen nur, wenn die Flügelstruktur nicht großflächig durch zahlreiche Öffnungen und Klappe unterbrochen wird. Die Anbindung einer "selbsttragenden" Tragfläche an den Rumpf ist natürlich auch deutlich einfacher, wenn man einen oder zwei Holme hat für die Krafteinlleitung, so dass dies vorzugsweise mit einer durchgehenden Flügelstruktur umsetzbar ist. Ich bin natürlich nicht der erste, der auf diese Idee gekommen ist, mir sind diese Beispiele bekannt:

-Junkers J1: Hier wurde eine (im theoretischen Idealfall) glatte Außenhaut zwischen den Spanten punktverschweißt und von innen mit in Längsrichtung orientieren Wellblech gegen Knickung und Beulung versteift. Die Bleche aus nur 0,2 mm dickem Edelstahl. Diese Bauweise ist sicher leichter und aerodynamischer als die späteren Junkersflügel, aber die Fertigung war wahrscheinlich zu aufwendig und das Beschädigungsrisiko wegen der extre dünnen Ausführung zu hoch (

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-Styroporkern (Surfbrettbauweise) von Burt Rutan: Hier befindet sich im Inneren ein Styroporkern welcher von außen mit einem Faserverbundmaterial "umwickelt" wird. Diese Methode erscheint mir recht einfach und logisch zu sein und ich kann nur vermuten warum sie nicht häufiger eingesetzt wird. Möglicherweise ist der Styroporkern zu nachgiebig oder es gibt Gefahr von Ablösungen.

-Goodyears Inflatoplane: Hier wird ein aufblasbarer Flügel verwendet, bei dem die Ober- und Unterseite durch zahlreiche dünne Fäden in die richtige Form gezogen werden. Alle Teile stehen hier unter Zugspannung und können daher sehr dünn und leicht ausgeführt werden. Natürlich, ist die erforderliche Dichttigkeit problematisch und sehr dünne Tragflächenprofile lassen sich damit sicher schlecht beherschen (

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-Dark Aero: den Kanal von den Jungs hab ich hier ja schon mal verlinkt, deren Flugzeug hat eine durchgehende Tragfläche aus Kohlefaser bzw. Kohlefaserhoneycomp (mit Aluwaben) bei der die Ober- und Unterseite der Tragfläche durch eine grobmaschige Gitterstruktur verbunden sind. Dieser Ansatz gefällt mir sehr gut, weil damit eine extrem belastbare Struktur geschaffen werden kann, bei der die Außenhaut die wesentlich Tragfunktion übernimmt (Minute 6). Ich vermute, dass die inneren Gitterwände auch erheblich leichter ausgeführt hätten werden können, ohne die Tragfläche nennenswert zu schwächen. (

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Ich vermute, bei modernen Verbundfaserpassergiermaschinen wird ein CFK Flügel ein sehr komplexes Bauteil sein, bei dem die zahlreichen Einbauten auch eine tragende Funktion haben werden und ein klassischer, durchgehender Holm nicht mehr zu finden ist, wissen tue ich es aber nicht. Der Löwenanteil der Tragfunktion wird auch hier sicher von der Außenhaut übernommen werden.

Kennt jemand noch weitere Beispiele, für "holmlose Tragflächen"

 

[Schorsch]

Laut Deiner Definition sind doch die meisten Tragflächen ohne klassische Holme. Es sind Kastenholme. Das sind ja auch die obigen Beispiele.

https://leehamnews.com/wp-content/uploads/2019/05/Cseries-wing-build-up.jpg

Die Biegekräfte werden vor allem von der oberen und unteren Flügelhaut getragen. Ohne Holm geht es nicht.

Blohm & Voss hat Rohrholme benutzt. Die oben beschriebene Bauweise entspräche ja hier der Bauweise a.



Hier gezeigt:


Quelle: "Chronik eines Flugzeugwerks" von Hermann Pohlmann.

 

[Doppelnik]

Sieh Dir mal die Videos an, da sind keine Holme. Das Beispiel a ist ja auch nicht als "beholmt" definiert.

Das Beispiel "a" hat weder rund noch Kastenholm

edit: ich hab grade Deinen Link aufgemacht, da drin sind eindeutig zwei Holme zu finden.

 

[Kenneth]

Styroporkern (Surfbrettbauweise) von Burt Rutan: Hier befindet sich im Inneren ein Styroporkern welcher von außen mit einem Faserverbundmaterial "umwickelt" wird. Diese Methode erscheint mir recht einfach und logisch zu sein und ich kann nur vermuten warum sie nicht häufiger eingesetzt wird. Möglicherweise ist der Styroporkern zu nachgiebig oder es gibt Gefahr von Ablösungen

Zumindest beim Vorflügel der LongEZ wird der ausgeschnittene Kern in Spannweitenrichtung getrennt, ein U-förmiger Holm aus GFK angebracht, und dann werden die Stücke wieder mit einander verbunden.

Der Nachteil bei Rutan‘s Bauweise war, die richtige Menge (nicht zu viel und nicht zu wenig) Harz in die GFK-Oberfläche einzuarbeiten (damals hochgiftiges Epoxy, das bei einigen Amateurbauer Allergien herbeigeführt haben, so daß die das Projekt aufgeben mussten), und das anschließende enorm aufwändige und schmutzige Verspachteln und Schleifen der rohe GFK-Oberfläche, um sie glatt zu kriegen.

 

[Doppelnik]

OK, dann fällt die LongEZ wahrscheinlich raus. Ich finde es bemerkenswert, dass bei der Entwicklung des Ganzmetallflügels am Anfang die Idealform (siehe auch die Quelle oben) entstannt (Junkers J1) und sich danach die kompromissbehaftete Bauform mit Holm durchgesetzt hat. Natürlich war der Junkers Flügel sehr aufwendig zu fertigen und was ein Vogelschlag bei 0,2 mm dicken Edelstahlblech angerichtet hätte kann man sich ausmalen.

 

[Jubernd]

Die Fertigung der J1-Flügel musste nachempfunden werden, weil das Wissen verlorengegangen war. Die Glattstahlbeplankung war zu schwer, und das Wellblech übernahm dann tragende Funktion, ließ sich aber nicht punktschweißen. Die Junkers- Zukunftsversion bestand aber in einem hohlen Flügel, der Aggregate und Passagiere aufnehmen sollte, was aber auf Einzelfälle beschränkt blieb.. Statt der Holme löste Junkers die Versteifung als Fachwerk auf (Ju52)
Korrektur: Natürlich gab es vier Holme, die aber durch Fachwerk versteift wurden.

 

[Doppelnik]

Bei dem Nachbau wurden die Bleche, wie wohl auch beim Original, punktgeschweißt, nur bei dem äußersten Segment fand man keine Methode wie man die Zugänglichkeit für das Punktschweißen hätte herstellen können, darum wurde dies beim Nachbau angeklebt (Junkers hatte dafür sicher eine Lösung). Die Bleche waren nur 0,2 mm dick, wenn ich für das Wellblech einen Gewichtsfaktor von 1,5 gegenüber Glattblech annehme, dann komme ich für beide Bleche zusammen auf ein Gewicht welches einem etwa 1,5 mm dicken Alublech entspricht, das ist sicher nicht besonders schwer für heutige Maßstäbe. Die damaligen stoffbespannten Tragflächen waren wahrscheinlich leichter, aber als Vollmetallflügel waren die sicher extrem leicht. Ich finde dei Bauweise sehr klever, auch wenn das ziemlich geknautschte Äußere sicher keinen Laminarflügel ermöglicht hätte, in der Form wird es das sicher nicht mehr geben.

Ich vermute, Junkers hatte erst den hohlen Flügel erfunden und dann die Möglichkeit gesehen, den Innenraum nutzen zu können, könnte natürlich auch anders gewessen sein, aber die J1 Bauweise wäre ungeeignet für einen großen Flügel mit Fensteröffnungen oder anderen größeren Durchbrüchen.

Die Struktur von der Ju 52 werd ich mir mal ansehen, klingt auch interessant.

 

[Jubernd]

Die Holz-Stoff-Bauweise hatte einen entscheidenden Vorteil: Holz ermüdet nicht. Dauerbrüche sind unbekannt. Es verzeiht aber keine Überlastung. Holme aus Holz, die nach Absturz nur optisch kontrolliert wurden, aber Vorschäden aufwiesen, brachen bei Wiederverwendung schon beim kleinsten Anlass.

 

[Schorsch]

Sieh Dir mal die Videos an, da sind keine Holme. Das Beispiel a ist ja auch nicht als "beholmt" definiert.

Das Beispiel "a" hat weder rund noch Kastenholm

edit: ich hab grade Deinen Link aufgemacht, da drin sind eindeutig zwei Holme zu finden.

Nein, das ist ein Holm. Du siehst die Schubstege.

Irgendein strukturelles Teil muss ja die Auftriebskräfte des Flügels in den Rumpf leiten.
Dieses Teil ist per Definition der Holm.
Diese Funktion kann natürlich von der Haut übernommen werden, dann hätte ich wie bei Vogt als Bauweise (a) angegeben eine "volltragende Haut".
"Moderne" Flügel nutzen dieses Prinzip zum Teil. Haut ist tragend, allerdings sind die Schubstege separat.
In der Fachsprache sagt man daher auch eher Flügelkasten, weil das zutreffender ist.

Nehmen wir deine Eingangsaussage:

Aus Gewichtsgründen erscheint es eigenlich wünschenswert, die Tragflächenhaut selber für die Übertragung der Biegekräfte zu nutzen, schließlich liegt die stellweise am am weitesten von der Biegelinie entfernt. Das geht, aus den oben genannten Gründen nur, wenn die Flügelstruktur nicht großflächig durch zahlreiche Öffnungen und Klappe unterbrochen wird. Die Anbindung einer "selbsttragenden" Tragfläche an den Rumpf ist natürlich auch deutlich einfacher, wenn man einen oder zwei Holme hat für die Krafteinlleitung, so dass dies vorzugsweise mit einer durchgehenden Flügelstruktur umsetzbar ist. Ich bin natürlich nicht der erste, der auf diese Idee gekommen ist, mir sind diese Beispiele bekannt:

Dann stelle ich fest:

• Man kann davon ausgehen, dass moderne Flügel das Optimum darstellen. Die "Öffnungen" sind nun mal ein notwendiges Übel, aber rein strukturell auch keine Katastrophe wenn richtig ausgeführt
• Alle aktuellen Flugzeuge nutzen die Haut als lasttragendes Element
• Die von Dir identifizierten "Holme" sind die Schubstege.

 

[Doppelnik]

eine selbsttragende Hülle ist kein Holm, das ist unsinnig. wenn man in der Mechanik allgemein von einem biegekräfteübertragendem Teil spricht, dann nennt man es Balken und nicht Holm. Es würde Sinn ergeben, wenn Du geschrieben hättest, eine selbsttragende Hülle ist auch ein Biegebalken, aber nicht wenn Du sie als Holm bezeichnest.

siehe auch:
Holm ("Tragende Leiste eines Tragflügels").

Holm (Flügel) – Wikipedia

de.wikipedia.org

zu modernen Traglächen:
ich schrieb ja bereits:
"Ich vermute, bei modernen Verbundfaserpassergiermaschinen wird ein CFK Flügel ein sehr komplexes Bauteil sein, bei dem die zahlreichen Einbauten auch eine tragende Funktion haben werden und ein klassischer, durchgehender Holm nicht mehr zu finden ist, wissen tue ich es aber nicht. Der Löwenanteil der Tragfunktion wird auch hier sicher von der Außenhaut übernommen werden."

Wenn man einen Holm mit einer stabilen Außenhaut verbindet, dann ist klar, dass der Steg Schubkräfte überträgt, dass ist auch bei jedem anderen Holm (auch beim Rundholm) im Bereich der Biegelienie der Fall. Bei der selbstragenden Hülle wird diese Funktion ebenfalls von der Hülle übernommen.

 

[Schorsch]

Dann frage ich mich, was genau eigentlich Deine Intention ist.
"Holmlose" Flügel sind seit 70 Jahren und länger Stand der Technik.
Alle Flügel von Verkehrsflugzeugen sind ohne klassischen Holm, also ohne ein Bauteil, welches folgendes macht (aus Wikipedia):

Ein Holm oder Flügelholm ist das tragende Bauteil eines Flugzeugflügels (Tragfläche). Der balkenförmige Holm ist aus statischer Sicht ein Kragarm-Träger. Er hat die Aufgabe, die aus Auftrieb, Luftströmungen und Trägheitskräften resultierenden Querkräfte und Biegemomente aufzunehmen.

Was Du da als "Holm" siehst, und was irritierenderweise auch so heißt, ist aber nur ein Teil davon. Ohne die obere und untere Flügelschale trägt es nichts. Und die Haut ist der wichtigere Teil. Man könnte natürlich statt dieser Bauteile auch die Vorder- und/oder Hinterkante einbeziehen, aber das ist wahrscheinlich nicht das Optimum. An Flügel und Flügelstruktur wird und wurde so viel geforscht, dass man die Ergebnisse als "optimal" unter den gegebenen Rahmenbedingungen bezeichnen kann.

 

[Doppelnik]

Ein Flügel mit "Schubsteg" ist für mich ein Flügel mit integriertem Holm. Bei dem von Dir gezeigten Beispiel (wie wohl auch bei den meisten Flügeln von Passergiermaschinen, trägt die Haut zwar mit, aber nur über einen kleinen Bereich in der Nähe der Holme, da der Rest des Flügels aus Klappen, Vorflügel etc. besteht. Auf Deinem Buchausschnitt ist dies das Beispiel "b".

Dass der Holm "Holm" heißt, mag für Dich iritierend sein, aber es liegt einfach daran, dass das die Definition eines Holms ist. Du bist in diesem Punkt ein wenig wie ein Geisterfahrer, der sich über die ganzen Geisterfahrer auf seiner Spur aufregt...

Unterschiedliche Anwendungen ergeben unterschiedliche Lösungen, die Komplexität eines Airliners ermöglicht keine vollständigen Ideallösungen einer Tragfläche aus rein mechanischen oder rein aerodynamischen Gesichtspunkten, dafür muss sie zu viele Aufgaben gleichzeitig erfüllen. Die angeführten Beispiele von mir zeigen aber, dass es bei anderen Anwndungen durchaus die Chance gibt, eine selbstragende, holmfreie Ausführung zu verwirklichen.

 

[Schorsch]

Ein Flügel mit "Schubsteg" ist für mich ein Flügel mit integriertem Holm. Bei dem von Dir gezeigten Beispiel (wie wohl auch bei den meisten Flügeln von Passergiermaschinen, trägt die Haut zwar mit, aber nur über einen kleinen Bereich in der Nähe der Holme, da der Rest des Flügels aus Klappen, Vorflügel etc. besteht. Auf Deinem Buchausschnitt ist dies das Beispiel "b".

Dort entstehen die meisten Luftkräfte, normalerweise ist der Flügelkasten etwa von 20% bis 65% des Flügels. Sollte ich ich diesen Bereich nach vorne oder hintern verlängern, würde es wahrscheinlich nicht viel bringen. Sonst hätte man es wohl gemacht. Hinterkantenklappen sind natürlich eine Herausforderung, aber die kann ich ja schlecht lasttragend gestalten.

Dass der Holm "Holm" heißt, mag für Dich iritierend sein, aber es liegt einfach daran, dass das die Definition eines Holms ist. Du bist in diesem Punkt ein wenig wie ein Geisterfahrer, der sich über die ganzen Geisterfahrer auf seiner Spur aufregt...

Finde ich einen wenig nützlichen Kommentar.
"Tragendes Bauteil eines Flügels".
Und da gilt: ohne die Haut sind es die heutigen Holme bei einem A320 nicht.
Der Begriff "Holm" ist daher nicht unbedingt zielführend, weil irreführend, wenn ich einen Tragflügel eines Airlines betrachte. Und die Bauweise war bei der B707 im Prinzip die gleiche wie bei einem A350.

Unterschiedliche Anwendungen ergeben unterschiedliche Lösungen, die Komplexität eines Airliners ermöglicht keine vollständigen Ideallösungen einer Tragfläche aus rein mechanischen oder rein aerodynamischen Gesichtspunkten, dafür muss sie zu viele Aufgaben gleichzeitig erfüllen. Die angeführten Beispiele von mir zeigen aber, dass es bei anderen Anwendungen durchaus die Chance gibt, eine selbsttragende, holmfreie Ausführung zu verwirklichen.

Na klar kann ich ein GA-Flugzeug anders bauen. Aber beim Airliner kann man schon davon ausgehen, dass die Lösung in den Rahmenbedingungen optimal ist. Auch nicht erst seit gestern, Leichtbau ist eine seit langer Zeit beherrschte Disziplin.

 

[Doppelnik]

Vielleicht könen wir uns für B707 bis A350 Bauweise auf die Bezeichnung "intergrierter Holm" einigen...
Es ging mir aber in erster Linie um GA/UAV Flugzeuge, da ist die Vielfalt an technischen Lösungen doch größer und ich finde das Thema spannender.

 

[Doppelnik]

Die Holz-Stoff-Bauweise hatte einen entscheidenden Vorteil: Holz ermüdet nicht. Dauerbrüche sind unbekannt. Es verzeiht aber keine Überlastung. Holme aus Holz, die nach Absturz nur optisch kontrolliert wurden, aber Vorschäden aufwiesen, brachen bei Wiederverwendung schon beim kleinsten Anlass.

Ein Stahlflügel der 7G aushalt wird im Normalbetrieb sicher auch dauerfest sein. Stahl kann natürlich rosten und Holz vergammeln, daher muss das nicht ein ewiges Leben bedeuten.

 

[atlantic]

Es ging mir aber in erster Linie um GA/UAV Flugzeuge, da ist die Vielfalt an technischen Lösungen doch größer und ich finde das Thema spannender.

aber auch da geht es nicht ohne Holm, irgend etwas brauchen die langen Flügel (Segelflieger ) zwischen Ober- und Unterschale.
schau mal hier:
Holm im Flügel | ASSegelflug

 

[Doppelnik]

@atlantic

Es geht schon anders, aber die Bauweise mit Holm ist die Standartbauweise. Meiner Einschätzung liegt bei Segelfliegern und viele GA Flugzeugen in erster Linie an der einfacheren Fertigung. Bei Tragflächen die das Fahrwerk aufnehmen wäre es auch nicht mehr sinnvoll alles über die Außenhaut übertragen zu wollen, das geht nur wenn man eine einfache Tragfläche hat ohne allzuviel "Gedöns".