Ein besseres Lüftungssystem für Flugzeugkabinen
Da Flugzeuge noch sicherer und energieeffizienter werden sollen, steht nun die Kabine im Zentrum der Überlegungen. „Heutige Flugzeuge nutzen die Mischlüftung. Diese versorgt die Kabine mit einem Gemisch aus Außenluft und Umluft, welches durch einen hocheffizienten Schwebstofffilter gereinigt wird“, so Daniel Schmeling, Teamleiter Fahrzeugbelüftung und -klimatisierung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Göttingen. „Aufgrund von Faktoren wie höherer Sitzplatzdichte, der Nutzung persönlicher elektronischer Geräte und steigender Komfortansprüche stoßen herkömmliche Mischlüftungssysteme jedoch an die Grenzen ihrer Wirksamkeit.“ Die Entwicklung neuer Lüftungskonzepte erfordert laut Schmeling viele Modifikationen in der Flugzeugkabine. „Für die Entwicklung alternativer Lüftungskonzepte, die eine verbesserte Wärmeabfuhr und lokale Lüftungseffizienz bieten sollen, muss zunächst das Verhältnis zwischen Außen- und Umluft in der Flugzeugkabine überdacht werden“, erklärt er. Hier setzt das EU-finanzierte Projekt ADVENT (Advanced ventilation techniques for modern long-range passenger aircraft to promote future energy management systems) an. Das Projekt ist Teil der EU-Initiative Clean Sky und evaluiert innovative neue Lüftungskonzepte für Kabinen in Langstreckenflugzeugen. „Diese Konzepte werden hinsichtlich des thermischen Fahrgastkomforts, der Energieeffizienz und der lokalen Luftqualität bewertet“, fügt Projektkoordinator Schmeling hinzu. „Darüber hinaus könnten neue Lüftungsarchitekturen mit verbesserten Luftströmen industrielle Fertigungsprozesse auf Basis der Modularisierung optimieren.“
Ein zweigleisiger Ansatz
Für die Bewertung der vorgeschlagenen Lüftungskonzepte verfolgte das Projekt einen zweigleisigen Ansatz. Zunächst wurde eine Bewertung anhand numerischer Strömungssimulationen in einer vereinfachten Geometrie durchgeführt. Anschließend wurden Experimente in einem hochmodernen Kabinenmodell für Langstreckenflugzeuge durchgeführt, das mit beheizten Fluggast-Modellpuppen ausgestattet war. „Dieses Modell wurde im Rahmen des Projekts ADVENT von Grund auf entworfen und gebaut“, merkt Schmeling an. „Es bietet realistische thermische Randbedingungen und hat sich als unverzichtbares Werkzeug erwiesen, um die statischen und dynamischen Temperaturen aller Kabinenoberflächen während aller Flugphasen zu untersuchen.“ Erste Tests eines deckenintegrierten Mikrojet-Lüftungssystems im Kabinenmodell haben bereits seine Einsatzfähigkeit bewiesen. Damit bestätigte die Forschungsarbeit nicht nur die numerisch vorhergesagten Vorteile dieses Konzepts gegenüber herkömmlichen Mischlüftungssystemen, sondern verdeutlichte auch die Herausforderungen bei derUmsetzung eines solchen Systems.
Ein beeindruckender Prototyp
Trotz einiger Verzögerungen durch die COVID-19-Pandemie ist es gelungen, mehrere vorausgewählte Lüftungskonzepte numerisch zu untersuchen – eines davon wurde bereits zum Patent angemeldet. Das wichtigste Ergebnis des Projekts bleibt nach Ansicht von Schmeling jedoch das Kabinenmodell. „Allein der Blick ins Innere dieses Modells mit seinen 100 thermischen Modellpuppen und dem großen Kabinenquerschnitt ist beeindruckend“, meint er. „Dank des Einsatzes modernster optischer und sensorbasierter Messtechnik ist diese neue Forschungseinrichtung nachweislich in der Lage, die Fähigkeiten zukünftiger Lüftungskonzepte dynamisch zu analysieren.“ Nach Beendigung des Projekts wird das neue Modell der europäischen Luft- und Raumfahrtforschung zur Verfügung gestellt. Da das Projekt nun voraussichtlich bis 2022 läuft, planen die Forschenden weitere Lüftungskonzepte zu untersuchen, darunter auch Systeme, die in das Rumpfoberteil bzw. in den Boden integriert sind. „Das Ergebnis unserer Arbeit wird eine neue Generation von Kabinenlüftungskonzepten und -werkzeugen sein, die sowohl für die Flugzeugkonstruktion als auch für die Fluggäste frischen Wind bringen werden“, lautet das Fazit von Schmeling.
Schlüsselbegriffe
ADVENT, Flugzeug, Flugzeugkabinen, Lüftungssystem, Mischlüftung, Clean Sky, Luft- und Raumfahrt
