Title:
System und Verfahren zur Notbelüftung eines Flugzeugs
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein System zur Notbelüftung eines Flugzeugs (10) umfasst einen ersten und zweiten Rumpfbereich (12, 38), ein Belüftungssystem (22), das dazu ausgebildet, die Luftzufuhr des ersten Rumpfbereiches (12) zu steuern, wobei der erste Rumpfbereich (12) mit einem Überdruck gegenüber dem zweiten Rumpfbereich (38) beaufschlagbar ist, sodass ein relativer Druckunterschied (U) zwischen den Rumpfbereichen (12, 38) vorherrscht, wobei der erste Rumpfbereich (12) wenigstens ein Luftaustauschmittel zur Umgebung umfasst, um Luft in den ersten Rumpfbereich (12) einzuleiten, eine Trenneinrichtung (36), die dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rumpfbereich (12, 38) unter Aufrechterhaltung des relativen Druckunterschiedes (U) voneinander zu trennen, und ein Trennventil (52), das dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rumpfbereich (12, 38) luftleitend miteinander zu verbinden. Das System ist dazu ausgebildet ist, bei einer Fehlfunktion des Belüftungssystems (22) die Rumpfbereiche (12, 38) über das Trennventil (52) luftleitend miteinander zu verbinden.




Inventors:
Klimpel, Frank (21129, Hamburg, DE)
Eichholz, Johannes (21129, Hamburg, DE)
Application Number:
DE102016207149A
Publication Date:
11/02/2017
Filing Date:
04/27/2016
Assignee:
Airbus Operations GmbH, 21129 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102010005902A1N/A2011-07-28
DE102009010150A1N/A2010-09-02
DE102008056417A1N/A2010-05-27
DE102008058451A1N/A2010-05-27



Foreign References:
201100468222011-02-24
29050711959-09-22
58848731999-03-23
Attorney, Agent or Firm:
Wuesthoff & Wuesthoff, Patentanwälte PartG mbB, 81541, München, DE
Claims:
1. System zur Notbelüftung eines Flugzeugs (10), umfassend:
– einen ersten und zweiten Rumpfbereich (12, 38),
– ein Belüftungssystem (22), das dazu ausgebildet, die Luftzufuhr des ersten Rumpfbereiches (12) zu steuern,
– wobei der erste Rumpfbereich (12) mit einem Überdruck gegenüber dem zweiten Rumpfbereich (38) beaufschlagbar ist, sodass ein relativer Druckunterschied (U) zwischen den Rumpfbereichen (12, 38) vorherrscht,
– wobei der erste Rumpfbereich (12) wenigstens ein Luftaustauschmittel zur Umgebung umfasst, um Luft in den ersten Rumpfbereich (12) einzuleiten,
– eine Trenneinrichtung (36), die dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rumpfbereich (12, 38) unter Aufrechterhaltung des relativen Druckunterschiedes (U) voneinander zu trennen, und
– ein Trennventil (52), das dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rumpfbereich (12, 38) luftleitend miteinander zu verbinden,
dadurch gekennzeichnet, dass das System dazu ausgebildet ist, bei einer Fehlfunktion des Belüftungssystems (22) die Rumpfbereiche (12, 38) über das Trennventil (52) luftleitend miteinander zu verbinden.

2. System nach Anspruch 1, wobei der erste Rumpfbereich (12) eine Flugzeugkabine (14) umfasst.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Rumpfbereich (38) zumindest im Flugbetrieb mit einem Unterdruck (P) gegenüber der Umgebung beaufschlagbar ist, und insbesondere, wobei der zweite Rumpfbereich (38) eine Heckspitze (40) des Flugzeugs (10) umfasst.

4. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung ein Druckschott (36) umfasst, und insbesondere ein hinteres Druckschott (36) zur Trennung einer Flugzeugkabine (14) und einer Heckspitze (40) des Flugzeugs (20).

5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trennventil (52) in der Trenneinrichtung (36) angeordnet ist, und insbesondere, wobei das Trennventil (52) ein Überdruckventil (34) eines Kabinendruckregelsystems umfasst.

6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Luftaustauschmittel zumindest des ersten Rumpfbereiches (12) wenigstens eine ansteuerbare Ventileinrichtung (30, 32, 50) umfassen, und insbesondere, wobei das System dazu ausgebildet ist, die Ventileinrichtung (30, 32, 50) bei einer Fehlfunktion des Belüftungssystems (22) derart anzusteuern, dass ein Einleiten von Umgebungsluft in den ersten Rumpfbereich (12) ermöglicht wird.

7. System nach Anspruch 6, wobei die Ventileinrichtung (30, 32, 50) ein Luftauslassventil (32) und/oder Unterdruckventil (30) eines Kabinendruckregelsystems umfasst.

8. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Luftaustauschmittel des ersten Rumpfbereiches (12) zumindest teilweise in Türanordnungen und/oder Fensteranordnungen des Flugzeugs (10) angeordnet sind.

9. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Luftaustauschmittel des ersten Rumpfbereiches (12) zumindest teilweise in einem Bugbereich des Flugzeugs (10) angeordnet sind.

10. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Luftaustauschmittel des ersten Rumpfbereiches (12) zumindest teilweise in Bereichen des Flugzeugrumpfes angeordnet sind, die einen positiven Druckbeiwert aufweisen.

11. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Luftaustauschmittel des ersten und/oder zweiten Rumpfbereiches (12, 38) derart angeordnet sind, dass bei geöffnetem Trennventil (52) ein Luftstrom innerhalb des Flugzeugrumpfes erzeugbar ist, der im Bereich eines Luftzirkulationssystems (22) verläuft, und insbesondere, wobei das System dazu ausgebildet ist, den Luftstrom dem Luftzirkulationssystem (22) im Wesentlichen mit einem Umgebungsdruck zuzuführen.

12. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das System dazu ausgebildet ist, zumindest Teile der Luftaustauschmittel des ersten Rumpfbereiches (12) derart variabel anzusteuern, dass sich gewünschte Luft- und/oder Temperaturverhältnisse in dem ersten Rumpfbereich (12) einstellen lassen.

13. Verfahren zur Notbelüftung eines Flugzeugs,
wobei das Flugzeug folgendes umfasst:
– einen ersten und zweiten Rumpfbereich (12, 38),
– ein Belüftungssystem (22), das dazu ausgebildet, die Luftzufuhr des ersten Rumpfbereiches (12) zu steuern,
– wobei der erste Rumpfbereich (12) mit einem Überdruck gegenüber dem zweiten Rumpfbereich (38) beaufschlagbar ist, sodass ein relativer Druckunterschied (U) zwischen den Rumpfbereichen (12, 38) vorherrscht,
– wobei der erste Rumpfbereich (12) wenigstens ein Luftaustauschmittel zur Umgebung umfasst, um Luft in den ersten Rumpfbereich (12) einzuleiten,
– eine Trenneinrichtung (36), die dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rumpfbereich (12, 38) unter Aufrechterhaltung des relativen Druckunterschiedes (U) voneinander zu trennen, und
– ein Trennventil (52), das dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rumpfbereich (12, 38) luftleitend miteinander zu verbinden,
gekennzeichnet durch die Schritte:
– Ermitteln einer Fehlfunktion des Belüftungssystems (22),
und, wenn eine Fehlfunktion ermittelt wurde,
– Betätigen des Trennventils (52), so dass die Rumpfbereiche (12,38) luftleitend miteinander verbunden sind.

Description:

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Notbelüftung eines Flugzeugs.

In einer Flugzeugkabine sorgt üblicherweise ein Belüftungssystem, das eine Flugzeugklimaanlage umfassen kann, für einen notwendigen Luftaustausch. Unter dem Begriff Flugzeugkabine können dabei im Normalbetrieb eines Flugzeugs zu belüftenden Bereiche des Flugzeugs verstanden werden, wie beispielsweise ein Cockpit, eine Passagierkabine, Crewbereiche und/oder zu belüftende Frachträume. In größeren Passagierflugzeugen mit mehreren Triebwerken sind in der Regel Belüftungssysteme mit zwei redundanten, voneinander unabhängigen und parallel laufenden Klimaaggregaten vorgesehen, um die Flugzeugkabine mit Atemluft zu versorgen. Diese Klimaaggregate bereiten Frischluft in Form von Triebswerkszapfluft auf und speisen diese anschließend als Prozessluft in eine Mischkammer ein. In der Mischkammer wird die Prozessluft mit Rezirkulationsluft gemischt, die von entsprechenden Rezirkulationsventilatoren eines Luftzirkulationssystems aus der Flugzeugkabine gesaugt wird. Die in der Mischkammer erzeugte Mischluft wird schließlich über ein Luftverteilungssystem in der Flugzeugkabine verteilt, wodurch ein gewünschter Frischluftbeziehungsweise Sauerstoffanteil in der Kabine erreicht wird.

Der Kabineninnendruck wird ferner mittels eines Kabinendruckregelsystems geregelt, das mit dem Belüftungssystem zusammenwirken kann, und das in bekannter Weise über Luftzufuhr- und Luftauslassmittel zur Umgebung verfügen kann (z. B. in Form von Ventilen). Hierüber kann ein gewünschter Druck in der Flugzeugkabine eingestellt werden. Eine derartige druckgeregelte Flugzeugkabine kann allgemein als ”Druckkabine” bezeichnet werden.

Sollte während des Fluges ein Defekt des Belüftungssystems auftreten, wodurch die Flugzeugkabine nicht mehr mit ausreichend Frischluft versorgt werden kann, sinkt das Flugzeug typischerweise auf eine sichere Flughöhe von beispielsweise ca. 10.000 Fuß ab und fliegt unbedruckt zum Zielflughafen oder einem näher gelegenen Flugfeld weiter. Um während dieser Zeit eine ausreichende Luftversorgung zu gewährleisten, ist es bekannt, Notbelüftungssysteme mit sogenannten Notstaulufteinlässen zu aktivieren. Diese ermöglichen, dass Stauluft aus der Flugzeugumgebung direkt in die Mischkammer und das Luftverteilungssystem eingespeist wird. Derartige Lösungen sind beispielsweise aus der DE 10 2009 010 150 A1 und der DE 10 2008 056 417 A1 bekannt.

Ein Notstaulufteinlass umfasst üblicherweise zumindest ein in der Außenhaut des Flugzeugs angeordnetes Ventil mit nach außen schwenkenden Ventilklappen. Ferner sind separate Leitungsanordnungen zum Weiterleiten der aufgestauten Luft in das Luftverteilungssystem vorgesehen. Der Notstaulufteinlass erfordert somit zahlreiche zusätzliche Bauteile, die das Gewicht und die Kosten erhöhen sowie zusätzlichen Bauraum beanspruchen. Das Erzeugen von Stauluft erhöht zudem den Luftwiderstand. Auch die DE 10 2008 056 417 A1 sieht einen entsprechenden Notstaulufteinlass vor, mit dem ein gezielter Überdruck nahe der Außenhaut des Flugzeugs erzeugt und die Stauluft in den Flugzeuginnenraum geleitet wird. Um die Stauluft in dem Flugzeug in gewünschter Weise zu verteilen, ist ein weiteres Ventil in der Außenhaut vorgesehen, an dem ein Unterdruck erzeugt wird. Die erzeugte Stauluft strömt somit zu dem weiteren Ventil und verteilt sich dabei in der Flugzeugkabine. Das Vorsehen eines Notstaulufteinlasses ist jedoch erneut zwingende Voraussetzung für das Erzielen einer Notbelüftung.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Notbelüftungssystem mit reduzierten Kosten und einem verringerten Gewicht bereitzustellen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Notbelüftungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14.

Ein System zur Notbelüftung eines Flugzeugs umfasst einen ersten und zweiten Rumpfbereich, ein Belüftungssystem, das dazu ausgebildet ist, die Luftzufuhr des ersten Rumpfbereiches zu steuern, wobei der erste Rumpfbereich mit einem Überdruck gegenüber dem zweiten Rumpfbereich beaufschlagbar ist, sodass ein relativer Druckunterschied zwischen den Rumpfbereichen vorherrscht, wobei der erste Rumpfbereich wenigstens ein Luftaustauschmittel zur Umgebung umfasst, um Luft in den ersten Rumpfbereich einzuleiten, eine Trenneinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rumpfbereich unter Aufrechterhaltung des relativen Druckunterschiedes voneinander zu trennen, und ein Trennventil, das dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rumpfbereich luftleitend miteinander zu verbinden. Das System ist ferner dazu ausgebildet, bei einer Fehlfunktion des Belüftungssystems die Rumpfbereiche über das Trennventil luftleitend miteinander zu verbinden.

Die Erfinder haben erkannt, dass das Erzeugen eines Notbelüftungszufuhrstroms in die Flugzeugkabine bei den bekannten Lösungen das Erzeugen eines Druckgefälles an der Außenhaut des Flugzeugs erfordert. Dies bringt die vorstehend diskutierten Nachteile mit sich. Hingegen sieht die Erfindung vor, sich innerhalb des Flugzeugrumpfes vorliegende Druckunterschiede zu Nutze zu machen.

Beispielsweise kann, sobald eine luftleitende Verbindung zwischen den Rumpfbereichen hergestellt ist, Luft über die Luftaustauschmittel des ersten Rumpfbereiches aus der Umgebung einströmen und wird aufgrund des relativen Druckunterschiedes anschließend in den zweiten Rumpfbereich geführt. Die zugeführte Luft kann dort angesammelt werden oder vorzugsweise über zusätzliche Luftaustauschmittel in diesem Rumpfbereich wieder in die Umgebung abgegeben werden. Dies erfolgt bevorzugt in einem unbedruckten Zustand des ersten Rumpfbereiches und/oder wenn das Flugzeug auf eine sichere Flughöhe von ca. 10.000 Fuß abgesunken ist. Ebenso kann das Herstellen der luftleitenden Verbindung vorzugsweise nur bei Überschreiten einer Mindestgeschwindigkeit und/oder Erreichen bzw. Aufrechterhalten einer Reisegeschwindigkeit des Flugzeugs erfolgen.

Mit anderen Worten ermöglicht die vorgeschlagene Lösung, dass Außenluft in den ersten Rumpfbereich sozusagen unterdruckgetrieben „eingesaugt” wird und über das Trennventil in den mit einem niedrigeren Druck beaufschlagten zweiten Rumpfbereich gelangt. Hierzu kann das Trennventil bei Vorliegen einer Fehlfunktion des Belüftungssystems gezielt angesteuert und geöffnet werden, beispielsweise mittels einer elektronischen Steuervorrichtung des Systems.

Je nach Anordnung der Luftaustauschmittel und/oder des Trennventils kann dabei ein gewünschter Luftstrom aus eingeleiteter Frischluft durch den ersten Rumpfbereich erzeugt werden, vorzugsweise ohne dass zusätzliche Luftleitungen oder -rohre erforderlich sind. Ebenso sind vorzugsweise keine nach außen schwenkende Ventilklappen erforderlich, die den Luftwiderstand zum Erzeugen von Stauluft oder einem lokalem Unterdruck gezielt erhöhen.

Die Luftaustauschmittel können allgemein einfache Öffnungen in der Außenhaut des Flugzeugs umfassen, Bereiche mit bewusst reduzierter Luftdichtigkeit und/oder Ventileinrichtungen. Sie können allgemein permanent geöffnet sein oder manuell betätigtbar, um einen Luftaustausch zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann eine elektronische Ansteuerbarkeit der Luftaustauschmittel vorgesehen sein. Wie erwähnt, sind vorzugsweise auch im zweiten Rumpfbereich derartige Luftaustauschmittel vorgesehen, insbesondere um ein Austreten von Luft in die Umgebung zu ermöglichen.

Das Belüftungssystem kann dazu ausgebildet sein, dem ersten Rumpfbereich Frischluft zuzuführen. Insbesondere kann das Belüftungssystem eine Klimaanlage der einleitend beschriebenen Art umfassen sowie eine Mischkammer und/oder eine Luftzirkulationseinheit aufweisen. Eine Fehlfunktion des Belüftungssystems kann insbesondere dann vorliegen, wenn dieses keine ausreichende Zufuhr von Frischluft mehr bewerkstelligen kann, beispielsweise bei Problemen beim Einspeisen von Triebwerkszapfluft.

Der erste Rumpfbereich kann eine Flugzeugkabine des Flugzeugs umfassen bzw. als eine solche ausgebildet sein. In der vorstehend beschriebenen Weise kann die Flugzeugkabine sämtliche zu belüftende Bereiche des Flugzeugs umfassen, insbesondere das Cockpit und die Passagierkabine. Ferner kann die Flugzeugkabine unter Einbeziehung eines Kabinendruckregelsystems als Druckkabine ausgebildet sein. Der zweite Rumpfbereich kann hingegen von dem Kabinendruckregelsystem abgekoppelt und/oder mit einem anderen Druckregelsystem verbunden sein, um den relativen Druckunterschied zwischen diesen Rumpfbereichen zu erzielen. Das erfindungsgemäße selektive Öffnen des Trennventils erfolgt jedoch bevorzugt in einem Zustand, in dem die Flugzeugkabine im Wesentlichen oder vollständig unbedruckt ist und/oder nachdem das Flugzeug auf eine sichere Flughöhe von ca. 10.000 Fuß abgesunken ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Rumpfbereich zumindest im Flugbetrieb mit einem Unterdruck gegenüber der Umgebung beaufschlagbar ist. Dies ermöglicht ein besonders zuverlässiges und dauerhaftes Einstellen des Druckgefälles zwischen den Rumpfbereichen, so dass die Notbelüftung lange aufrechterhalten werden kann. Der Unterdruck kann mittels entsprechender Druckerzeugungseinrichtungen erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Konstruktion und/oder Anordnung des zweiten Rumpfbereiches derart gewählt sein, dass sich der Unterdruck im Flugbetrieb sozusagen automatisch einstellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im zweiten Rumpfbereich wenigstens eine Öffnung vorgesehen, die auch als ein vorstehend geschildertes Luftaustauschmittel dieses Rumpfbereich fungieren kann. Diese Öffnung kann ab Überschreiten einer Mindestgeschwindigkeit und/oder bei Erreichen einer vorbestimmten Reisegeschwindigkeit des Flugzeugs das Entstehen eines entsprechenden Unterdrucks hervorrufen oder zumindest begünstigen.

Hierzu kann die Öffnung zumindest teilweise entgegen einer Flugrichtung gerichtet sein, bzw. „nach hinten” öffnen. Ebenso kann die Öffnung allgemein in einem hinteren Bereich des Flugzeugs und/oder das zweiten Rumpfbereiches und in Flugrichtung betrachtet vorzugsweise hinter einem Flügelmittelkasten angeordnet sein. Die Erfinder haben erkannt, dass die Öffnung in derartigen Fällen eine Verbindung zwischen dem Innenraum des zweiten Rumpfbereiches und Bereichen nahe der Flugzeugaußenhaut ermöglichen kann, an denen spätestens bei einem Umströmen durch Umgebungsluft mit Reisegeschwindigkeit ein (lokaler) Unterdruck entsteht. Dies führt dazu, dass Luft aus dem zweiten Rumpfbereich durch die Öffnungen in die Umgebung gesaugt wird, wodurch im zweiten Rumpfbereich ein Unterdruck entsteht.

Wird in einem solchen Fall das Trennventil geöffnet (das heißt, insbesondere nach einem Absinken auf ca. 10.000 Fuß und/oder bei Vorliegen einer unbedruckten Flugzeugkabine sowie bei einem Aufrechterhalten einer erforderlichen Mindestgeschwindigkeit), kann Luft aus dem ersten Rumpfbereich über das Trennventil in den zweiten Luftbereich gesaugt und von dort in die Umgebung abgegeben werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der zweite Rumpfbereich eine Heckspitze des Flugzeugs (engl. „tail-cone”) bzw. ist als eine solche ausgebildet. Die Heckspitze kann dabei in bekannter Weise als derjenige Bereich des Flugzeugrumpfes ausgebildet sein, an dem ein Höhen- und/oder Seitenleitwerk des Flugzeugs angeordnet ist. Ebenso kann die Heckspitze in bekannter Weise eine APU-Einheit aufnehmen und/oder durch ein hinteres Druckschott von weiteren Abschnitten des Flugzeugrumpfes getrennt sein, insbesondere von einer etwaigen Druckkabine.

Die Erfinder haben festgestellt, dass sich in diesem Bereich im Flugbetrieb, und insbesondere ab Überschreiten einer Mindestgeschwindigkeit bzw. Erreichen einer Reisegeschwindigkeit, ein zuverlässiger Unterdruck erzielen lässt, beispielsweise über etwaige vorstehend geschilderte Öffnungen in diesem Rumpfbereich, wobei auf zusätzliche Druckerzeugungseinrichtungen verzichtet werden kann. Dies kann entsprechend zum Erzielen der erfindungsgemäßen Druckgefälle- bzw. unterdruckgetriebenen Notbelüftung genutzt werden.

Die Trenneinrichtung kann ein Druckschott umfassen bzw. als ein solches ausgebildet sein. Das Druckschott kann in allgemein bekannter Weise dazu ausgebildet sein, Rumpfbereiche des Flugzeugs mit unterschiedlichen Druckverhältnissen voneinander zu trennen, beispielsweise eine Druckkabine von druckungeregelten Bereichen des Flugzeugs. Wenn der zweite Rumpfbereich eine Heckspitze des Flugzeugs umfasst, ist die Trenneinrichtung vorzugsweise als hinteres Druckschott ausgebildet und kann in bekannter Weise Druckkabine und Heckspitze voneinander trennen.

Das Trennventil kann in der Trenneinrichtung angeordnet sein. Ist die Trenneinrichtung als ein Druckschott ausgebildet, kann das Trennventil beispielsweise unmittelbar in dem Druckschott aufgenommen sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Trennventil ein Überdruckventil eines Kabinendruckregelsystems. Derartige Überdruckventile, auch Sicherheitsventil genannt (engl.: „overpressure relief valve” bzw. „safety valve”), dienen dazu, etwaige Überdrücke in einer druckgeregelten Flugzeugkabine abzubauen. Hierfür können sie in einem hinteren Druckschott zwischen Druckkabine und Heckspitze angeordnet sein. Das Trennventil kann eine zusätzliche Aktoreinheit umfassen, um ein derartiges Überdruckventil bei einer Fehlfunktionen des Belüftungssystems gezielt anzusteuern und zu öffnen. Das Verwenden dieser oftmals bereits vorhandenen Ventileinrichtung als erfindungsgemäßes Trennventil mindert entsprechend die Kosten und die Komplexität des Notbelüftungssystems.

Die Luftaustauschmittel zumindest das ersten Rumpfbereiches können ferner wenigstens eine ansteuerbare Ventileinrichtung umfassen. Dabei kann vorgesehen sein, dass das System zur Notbelüftung ferner dazu ausgebildet ist, bei einer Fehlfunktion des Belüftungssystems diese Ventileinrichtung derart anzusteuern, dass ein Einleiten von Umgebungsluft in den ersten Rumpfbereich ermöglicht wird. Hierzu kann die Ventileinrichtung geöffnet werden, sodass Frischluft aus der Umgebung eintreten bzw. eingesaugt werden kann. Derartige Ventileinrichtungen können ebenso in dem zweiten Rumpfbereich als Luftaustauschmittel vorgesehen sein und können bei einer Fehlfunktion des Belüftungssystems geöffnet werden, um ein Austreten von Luft in die Umgebung zu ermöglichen.

Die Ventileinrichtung zumindest des ersten Rumpfbereiches kann ein Luftauslassventil und/oder Unterdruckventil (engl. „outflow valve” bzw. „negative relief valve”) eines Kabinendruckregelsystems umfassen. Derartige Ventile bilden oftmals Bestandteile herkömmlicher Kabinendruckregelsysteme und können als Luftaustauschmittel des Notbelüftungssystems sozusagen kostensparend mitverwendet werden.

Die Luftaustauschmittel des ersten Rumpfbereiches können zumindest teilweise in Türanordnungen und/oder Fensteranordnungen des Flugzeugs angeordnet sein. Die Tür- beziehungsweise Fensteranordnungen können dabei auch Rahmenanordnungen und/oder Verriegelungsmechanismen umfassen und insbesondere einen Kabinentürverriegelungsmechanismus, in dem derartige Luftaustauschmittel vorgesehen sind.

Die Luftaustauschmittel des ersten Rumpfbereiches können ferner zumindest teilweise in einem Bugbereich des Flugzeugs angeordnet sein. Unter Bugbereich kann dabei der Flugzeugrumpfbereich nahe dem Cockpit und/oder der Flugzeugnase verstanden werden. Ebenso kann der Bugbereich als Rumpfbereich zwischen Flugzeugnase und einem Flügelmittelkasten definiert werden. Das Anordnen im Bugbereich ermöglicht, dass auch im Notbelüftungsbetrieb Luft in vordere Bereiche des Flugzeugs gelangt und von dort unterdruckgetrieben durch den ersten Rumpfbereich strömt.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Luftaustauschmittel des ersten Rumpfbereiches zumindest teilweise in Bereichen des Flugzeugrumpfes angeordnet sind, die einen positiven Druckbeiwert (cP-Wert) aufweisen. Dies ermöglicht ein besonders zuverlässiges Einleiten von Umgebungsluft unter bevorzugten Druckverhältnissen.

Die Luftaustauschmittel des ersten und/oder zweiten Rumpfbereiches können allgemein derart angeordnet sein, dass ein gewünschter Luftstromverlauf innerhalb des Flugzeugs und insbesondere durch eine etwaige Flugzeugkabine erfolgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei geöffnetem Trennventil ein Luftstrom innerhalb des Flugzeugrumpfes erzeugbar ist, der im Bereich eines Luftzirkulationssystems verläuft. Das Luftzirkulationssystem kann dabei Bestandteil des Belüftungssystems und insbesondere einer einleitend beschriebenen Flugzeugklimaanlage sein und die eingeleitete Frischluft einer Mischkammer zuführen. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung von Luftaustauschmitteln kann der Luftstrom aus eingeleiteter Frischluft beispielsweise zu einem Rezirkulationsventilator oder eine vergleichbare Strömungserzeugungseinrichtung geführt werden. Im Gegensatz zu bekannten Notstauluftsystemen gelangt die Luft dabei ohne einen bewusst erzeugten Überdruck in das Luftzirkulationssystem und/oder die Mischkammer. Das heißt, das erfindungsgemäße System kann dazu ausgebildet sein, bei geöffnetem Trennventil einen Luftstrom innerhalb des Flugzeugrumpfes zu erzeugen, der im Bereich des Luftzirkulationssystems verläuft und der im Wesentlichen einen Umgebungsdruck aufweist. Somit muss das Luftzirkulationssystem und insbesondere ein etwaiger Rezirkulationsventilator nicht gegen etwaige Überdrücke in der Mischkammer arbeiten, die sich bei herkömmlichen Notstaulufterzeugungen dort typischerweise einstellen.

Im Gegensatz zu den bekannten Notstauluftsystemen können bei dieser Ausführungsform ferner zusätzliche Luftleitungen zur Verteilung der eingeleiteten Frischluft größtenteils oder gänzlich entfallen. Mit anderen Worten kann die eingeleitete Frischluft leitungsungebunden zu dem Luftzirkulationssystem geführt werden, von dort aus in die Mischkammer gelangen und in der Flugzeugkabine verteilt werden, um anschließend über das Trennventil in den zweiten Rumpfbereich zu strömen.

Das System kann schließlich auch dazu ausgebildet ist, zumindest Teile der Luftaustauschmittel des ersten Rumpfbereiches derart variabel anzusteuern, dass sich gewünschte Luft- und/oder Temperaturverhältnisse in dem ersten Rumpfbereich einstellen lassen. Alternativ oder zusätzlich kann hierfür auch ein Ansteuern des Trennventils und/oder der Luftaustauschmittel des zweiten Rumpfbereichs vorgesehen sein. Unter ”Ansteuern” kann dabei ein gezieltes Öffnen und/oder Schließen der Luftaustauschmittel verstanden werden, insbesondere unter Festlegung von Zeitpunkt, Zeitdauer und/oder Grad des Öffnens und Schließens. Die Luftverhältnisse können einen Anteil von Frischluft in dem Belüftungssystem bzw. der Mischkammer und/oder der Flugzeugkabine betreffen. Das System kann ferner dazu ausgebildet sein, die Temperatur innerhalb der Mischkammer zu überwachen und, optional, das Mischverhältnis und/oder den Durchsatz der Mischkammer einzustellen, insbesondere in Abstimmung mit dem Ansteuern der Luftaustauschmittel. Gemäß diesen Ausführungsformen kann auch während der Notbelüftung sichergestellt werden, dass der Flugzeugkabine ein gewünschter Frischluftanteil zugeführt oder eine gewünschte Temperatur erreicht wird.

Die Erfindung betrifft ferner ein Flugzeug, das ein System zur Notbelüftung nach einem der vorstehend geschilderten Aspekte umfasst.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Notbelüftung eines Flugzeugs, wobei das Flugzeug folgendes umfasst: einen ersten und zweiten Rumpfbereich, ein Belüftungssystem, das dazu ausgebildet, die Luftzufuhr des ersten Rumpfbereiches zu steuern, wobei der erste Rumpfbereich mit einem Überdruck gegenüber dem zweiten Rumpfbereich beaufschlagbar ist, sodass ein relativer Druckunterschied zwischen den Rumpfbereichen vorherrscht, wobei der erste Rumpfbereich wenigstens ein Luftaustauschmittel zur Umgebung umfasst, um Luft in den ersten Rumpfbereich einzuleiten, eine Trenneinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rumpfbereich unter Aufrechterhaltung des relativen Druckunterschiedes voneinander zu trennen, und ein Trennventil, das dazu eingerichtet ist, den ersten und zweiten Rumpfbereich luftleitend miteinander zu verbinden.

Dabei zeichnet sich das Verfahren durch die folgenden Schritte aus:

  • – Ermitteln einer Fehlfunktion des Belüftungssystems, und, wenn eine Fehlfunktion ermittelt wurde,
  • – Betätigen der Ventileinrichtung, so dass die Rumpfbereiche luftleitend miteinander verbunden sind.

Es versteht sich, dass das Verfahren auch weitere Schritte umfassen kann, um die vorstehend geschilderten Funktionen, Wirkungen und/oder Betriebszustände des erfindungsgemäßen Notbelüftungssystems bereitzustellen. Dies betrifft insbesondere Schritte zum Ansteuern beziehungsweise Öffnen der Luftaustauschmittel von zumindest dem ersten Rumpfbereich, insbesondere wenn diese Luftaustauschmittel ansteuerbare Ventileinrichtungen umfassen. Gleiches gilt für entsprechende Verfahrensschritte zum Ansteuern der Luftaustauschmittel, so dass ein Luftstrom innerhalb des Flugzeugrumpfes im Bereich eines Luftzirkulationssystems verläuft und/oder dass sich gewünschte Luft- oder Temperaturverhältnisse einstellen.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte des Ermittelns des Vorliegens eines unbedruckten Zustandes des ersten Rumpfbereiches umfasst, bevor das Trennventil geöffnet wird, insbesondere wenn der erste Rumpfbereich als Flugzeugkabine ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann der Schritt des Ermittelns des Absinkens auf eine vorbestimmte sichere Flughöhe von vorzugsweise ca. 10.000 Fuß vorgesehen sein. Ebenso kann ein Schritt des Feststellens vorgesehen sein, dass eine Mindestgeschwindigkeit des Flugzeugs überschritten und/oder eine Reisegeschwindigkeit erreicht wird, bevor das Trennventil geöffnet wird. Diese vorgelagerten Schritte ermöglichen, dass das erfindungsgemäße Notbelüftungssystem bzw. -verfahren nur dann aktiviert wird, wenn Bedingungen hierfür vorliegen, die einem besonders zuverlässigen Betrieb gewährleisten.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Zeichnung erläutert, von denen

1 eine schematische Querschnittansicht eines Flugzeugs zeigt, umfassend ein erfindungsgemäßes System zur Notbelüftung, und

2 eine schematische Ansicht eines Notbelüftungssystems gemäß Stand der Technik zeigt, bei dem Notstauluft erzeugt wird.

Zunächst Bezug nehmend auf 2 wird ein Notbelüftungssystem gemäß Stand der Technik beschrieben, bei dem Notstauluft erzeugt wird. In 2 ist ein Flugzeug schematisch in einer Querschnittsansicht entlang dessen Längsachse dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Der Flugzeugrumpf 10 umfasst einen ersten Rumpfbereich 12, der eine Flugzeugkabine 14 umfasst. Die Flugzeugkabine 14 umfasst eine Passagierkabine 16, ein Cockpit 18, nicht dargestellte Frachträume sowie einen Unterbodenbereich 20.

In dem Unterbodenbereich 20 befindet sich ein Belüftungssystem 22, das als herkömmliche Flugzeugklimaanlage mit einer Mischkammer 24 sowie einem Rezirkulationsventilator 26 ausgebildet ist. Weitere Bestandteile der Flugzeugklimaanlage sind in 2 nicht gesondert dargestellt. Wie durch die Pfeile R angedeutet, speist der Rezirkulationsventilator 26 aus der Flugzeugkabine 14 zurückgeführte Luft in die Mischkammer 24 ein, um diese über ein Luftverteilungssystem 28 in der Flugzeugkabine 14 zu verteilen. Das Luftverteilungssystem 28 umfasst dabei als Pfeile angedeutete Leitungen V, um die Luft aus der Mischkammer 20 in gewünschte Bereiche zu leiten.

Das Belüftungssystem 22 wirkt ferner in allgemein bekannter Weise mit einem herkömmlichen Kabinendruckregelsystem zusammen, dass mehrere Ventileinrichtungen umfasst, um in der Flugzeugkabine 14 gewünschte Druckniveaus einzustellen. Beispielsweise umfasst der erste Rumpfbereich 12 in seiner Außenhaut ein Unterdruckventil 30 sowie zwei Auslassventile 32. Letztere sind lediglich beispielhaft in einem geöffneten Zustand gezeigt.

Das Kabinendruckregelsystem umfasst ferner ein Überdruckventil 34, das in einem hinteren Druckschott 36 angeordnet ist. Das Überdruckventil 34 ist in bekannter Weise als elektrisch nicht gezielt ansteuerbare Ventileinrichtung ausgebildet und öffnet, sobald ein Druck innerhalb der Flugzeugkabine 14 ein gewünschtes Niveau überschreitet.

Das Druckschott 36 trennt die Flugzeugkabine 14 von einem zweiten Rumpfbereich 38, der als Heckspitze 40 ausgebildet ist. Die Heckspitze 40 umfasst nicht dargestellte Höhen- und Seitenleitwerke sowie eine APU-Einheit. Die Heckspitze 40 ist an das Kabinendruckregelsystem nicht angeschlossen, sodass zumindest im Flugbetrieb ein Überdruck im ersten Rumpfbereich 12 bezogen auf den zweiten Rumpfbereich 38 vorliegt.

Das Belüftungssystem 22 ist ferner in bekannter und nicht gesondert dargestellter Weise dazu ausgebildet, Triebwerkszapfluft als Frischluft in die Mischkammer 24 einzuspeisen, um einen gewünschten Sauerstoffanteil in der Flugzeugkabine 14 zu erreichen. Kommt es diesbezüglich jedoch zu Fehlfunktionen, wird ein Notbelüftungssystem 42 aktiviert.

Das Notbelüftungssystem 42 umfasst eine Notstaulufteinrichtung 44, die eine nach außen schwenkende Ventilkappe 46 aufweist. Im gezeigten Fall bewegt sich das Flugzeug 10 mit der Reisegeschwindigkeit v, so dass sich an der geöffneten Ventilkappe 46 Luft aufstaut (sh. Pfeile L in 2). Diese Luft wird über als Pfeil LV dargestellte zusätzliche Rohrleitungen in die Mischkammer 24 geführt, um die Frischluftversorgung aufrecht zu erhalten.

Wie einleitend diskutiert, werden somit zahlreiche zusätzliche Bauteile benötigt, die das Gewicht, die Kosten und die Komplexität des Flugzeugs 10 erhöhen. Das Aufstauen der Luft L erhöht zudem den Luftwiderstand und somit den Kerosinverbrauch im Notbelüftungsbetrieb.

1 zeigt hingegen ein Notbelüftungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Gegenüber der bekannten Lösung aus 2 gleichbleibende oder gleichwirkende Merkmale sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In 1 erkennt man erneut das Flugzeug 10 sowie den ersten und zweiten Rumpfbereich 12, 38. Der erste Rumpfbereich 12 ist allgemein identisch zu dem Beispiel aus 2 ausgebildet, mit der Ausnahme, dass kein Stauluft-Notbelüftungssystem 42 vorgesehen ist. Allerdings umfasst der erste Rumpfbereich 12 erneut eine Flugzeugkabine 14 sowie ein Belüftungssystem 22 mit jeweils identischen Komponenten, wie vorstehend beschrieben. Dabei sind bei dem Belüftungssystem 22 erneut nur ausgewählte Komponenten der als solches bekannten Flugzeugklimaanlage dargestellt. Ferner sind in dem ersten Rumpfbereich 12 erneut Unterdruckventile 30 sowie Auslassventile 32 eines Kabinendruckregelsystems angeordnet. Zusätzlich ist eine weitere Ventileinrichtung 50 im Bereich des Cockpits 18 vorgesehen. Diese Ventileinrichtungen 30, 32, 50 bilden Luftaustauschmittel des ersten Rumpfbereiches 12, die durch das erfindungsgemäße Notbelüftungssystem zum Einleiten von Frischluft aus der Umgebung gezielt ansteuerbar sind. Auch der zweite Rumpfbereich 40 verfügt über entsprechende Luftaustauschmittel in Form einfacher Öffnungen 51 in der Flugzeugaußenhaut. Diese sind permanent geöffnet und ermöglichen somit einen Luftaustausch mit der Umgebung.

Ein wesentlicher Unterschied zu der bekannten Lösung aus 2 besteht zunächst darin, dass die Erfinder erkannt haben, dass in der Heckspitze 40 des zweiten Rumpfbereiches 38 zumindest im Flugbetrieb ein Unterdruck P zur Umgebung vorherrscht (insbesondere bezogen auf den statischen Umgebungsdruck). Dieser Druckunterschied zur Umgebung ist in 1 schematisch als Pfeil Z angedeutet. Ursache ist das vorstehend geschilderte Umströmen der Heckspitze 40 mit Umgebungsluft, wobei sich zumindest beim Erreichen der Reisegeschwindigkeit v ein lokaler Unterdruck nahe der Flugzeugaußenhaut einstellt. Da die Öffnungen 51 in diesen Bereichen angeordnet sind und eine dauerhafte luftleitende Verbindung zwischen dem Innenraum der Heckspitze 40 und der Umgebung ermöglichen, wird Luft aus der Heckspitze 40 über die Öffnungen 51 in die Umgebung gesaugt (siehe Pfeile A in 1). Folglich stellt sich in der Heckspitze 40 der geschilderte Unterdruck P ein.

Hingegen wird in der Flugzeugkabine 14 in der vorstehend beschriebenen Weise ein gewünschter Druck D eingestellt, der über dem Unterdruck P in der Heckspitze 40 liegt und zumindest im Flugbetrieb üblicherweise auch über dem Umgebungsdruck. Der Druckunterschied zwischen den Rumpfbereichen 12, 38 ist in 1 schematisch als U angedeutet. Aufgrund des Unterdrucks P in der Heckspitze 40 und daraus resultierendem Druckunterschied Z zur Umgebung bleibt der relative Druckunterscheid U zwischen den Rumpfbereichen 12, 38 selbst bei einem Ausfall des Kabinendruckregelsystems zumindest teilweise bestehen, also selbst dann, wenn der Kabinendruck D dem Umgebungsdruck entspricht.

Der Druckunterschied U zwischen den Rumpfbereichen 12, 38 wird im Normalbetrieb über eine gleichartig zum vorigen Beispiel ausgebildete Einheit aus Druckschott 36 und Überdruckventil 34 aufrechterhalten. Dabei ist das Überdruckventil 34 im Normalfall geschlossen. Kommt es jedoch zu einer Fehlfunktion des Belüftungssystems 22, sinkt das Flugzeug auf eine sichere Flughöhe von ca. 10.000 Fuß ab und der Kabinendruck wird aufgrund der Fehlfunktionen des Belüftungssystems und/oder durch gezielte Maßnahmen des Kabinendruckregelsystems abgebaut. Die Reisegeschwindigkeit wird jedoch zumindest soweit aufrechterhalten, dass sie eine vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit zur Aktivierung des Notbelüftungssystem überschreitet.

Sind diese Bedingungen erfüllt, wird das Überdruckventil 34 geöffnet. Hierzu ist das in herkömmlichen Flugzeugkabinen 14 oftmals bereits vorhandene Überdruckventil 34 über eine nicht dargestellte Aktoreinheit als erfindungsgemäßes Trennventil 52 ausgebildet. Das Notbelüftungssystem steuert das Trennventil 52 über eine nicht dargestellte elektronische Steuervorrichtung gezielt an, um es mittels der Aktoreinheit zu öffnen und eine luftleitende Verbindung zwischen den Rumpfbereichen 12, 38 herzustellen.

Ebenso ist das Notbelüftungssystem dazu ausgebildet, bei einer Fehlfunktion des Belüftungssystems 22 die als Luftaustauschmittel fungierenden Ventileinrichtungen 30, 32, 50 des ersten Rumpfbereiches 12 anzusteuern und zu öffnen.

Aufgrund des Öffnens des Trennventils 52 strömt Luft aus dem ersten in den zweiten Rumpfbereich 12, 38. Dies ist auf den Druckunterschied U zurückzuführen und erfordert keine zusätzlichen Lufttransport- oder Strömungserzeugungseinrichtungen. Mit anderen Worten wird die Luft aus der Flugzeugkabine 14 unterdruckgetrieben in die Heckspitze 40 gesaugt und dort über die Öffnungen 51 in die Umgebung abgegeben (siehe Pfeile A), wobei der Unterdruck P in der Heckspitze 40 durch Beibehalten der Reisegeschwindigkeit v in der vorstehend geschilderten Weise aufrechterhalten wird.

Da dabei die Luftaustauschmittel 30, 32, 50 im ersten Rumpfbereich 12 geöffnet sind, strömt gleichzeitig Frischluft aus der Umgebung in die Flugzeugkabine 14. Dies ist in 1 schematisch durch einzelne Pfeile E angedeutet. Innerhalb der Flugzeugkabine 14 strömt die eingesaugte Luft je nach Position der Luftaustauschmittel 30, 50, 52 entlang schematisch angedeuteter Pfeile S. Der Verlauf der Luftströmungen S wird dabei insbesondere durch die Position der Luftaustauschmittel 30, 50, 52 und des Trennventils 52 bestimmt. Aufgrund des Druckunterschiedes U wird die eingeleitete Luft schlussendlich über das geöffnete Trennventil 52 aus der Flugzeugkabine 14 in die Heckspitze 40 gesaugt und von dort aus in die Umgebung geführt (siehe Pfeile A).

Im Ergebnis wird der Flugzeugkabine 14 somit kontinuierlich Frischluft zugeführt, sodass ausreichend Atemluft vorhanden ist und ein gewünschter Sauerstoffanteil erreicht werden kann. Hierzu werden die Öffnungszustände der einzelnen Luftaustauschmittel 30, 32, 50 des ersten Rumpfbereiches 12 von dem Notbelüftungssystem ferner gezielt variiert und aufeinander abgestimmt, was erneut über die nicht dargestellte Steuereinrichtung erfolgt.

Zum Erzielen einer gewünschten Luftströmungen in der Kabine 14 werden ferner lediglich im Bugbereich (d. h., nahe des Cockpits 18) angeordnete Luftaustauschmittel 30, 32, 50 geöffnet, sodass die eingeleitete Luft eine möglichst große Strecke innerhalb der Flugzeugkabine 14 zurücklegt und auch vordere Bereiche ausreichend mit Frischluft versorgt werden. Insbesondere erkennt man, dass das in 1 rechte Auslassventil 32, das nahe der Hecksspitze 40 angeordnet ist, im Gegensatz zu dem linken Auslassventil 32 nahe dem Cockpit 18 geschlossen bleibt.

Das geöffnete Auslassventil 32 ist ferner derart relativ zu einem Rezirkulationsventilator 26 des Belüftungssystems 22 angeordnet, dass die einströmende Luft E leitungsungebunden entlang eines Strömungspfeils S von dem Ventilator 26 angesaugt und über das Verteilungssystem 28 in der Flugzeugkabine 14 verteilt werden kann. Hierbei weist die dem Ventilator 26 zugeführte Luft im Wesentlichen den Umgebungsdruck auf.

Im Gegensatz zu dem Stauluftsystem aus 2, bei dem die zugeführte Frischluft aufgrund des Aufstauens mit einem erhöhten Druck eingeleitet wird, entstehen hierbei keine erhöhten Gegendrücke in der Mischkammer 24, gegen die der Rezirkulationsventilator 26 arbeiten muss. Der niedrigere Druck der mit dem erfindungsgemäßen System zugeführten Luft ermöglicht ferner, dass eine bevorzugte Druckverteilung in der Flugzeugkabine 14 aufrechterhalten werden kann, zum Beispiel eine höherer Druck in der Passagierkabine 16 gegenüber dem Unterbodenbereich 20 (siehe Pfeil X in 2).

Sobald die Fehlfunktion des Belüftungssystems 22 behoben ist, werden das Trennventil 52 sowie die Luftaustauschmittel 30, 32, 50 geschlossen und der Normalbetrieb wieder aufgenommen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102009010150 A1 [0004]
  • DE 102008056417 A1 [0004, 0005]