Arbeitsgruppe Flug- und Fahrzeugklimatisierung

Am Standort Holzkirchen steht ein weltweit einzigartiges Fluglabor. In einer Niederdruckkammer befindet sich das Flugzeugsegment eines Airbus A310-200 mit ca.15 Meter Länge und Platz für bis zu 80 Probanden. Neben Untersuchungen zum Kabinenklima wird das Flugzeug als Gesamtsystem mit unterschiedlichen Klimatisierungslösungen unter realen Flugbedingungen erforscht. Dabei werden beispielsweise Cockpit, Passagierkabine, Avionik und Frachträume unter energetischen Aspekten und Nutzungsanforderungen betrachtet. In internationalen Projekten sowie für Hersteller- und Zulieferfirmen der Luftfahrtindustrie werden u. a. thermodynamische Zusammenhänge oder auch die Kondenswasserbildung an Flugzeugteilen untersucht.

Im Rahmen des europäischen Luftfahrtforschungsprojekt Clean Sky konnten die Flugtestanlagen des IBP um eine Businessjet-Plattform erweitert werden. Mit dieser ist es jetzt möglich, komplexe Tests in Flugzeugen für Flug- und Bodensituationen sicher am Boden durchzuführen. Die verfügbaren Testbedingungen berücksichtigen hierbei die extremen Temperaturen sowie den Luftdruck der während eines Fluges sowie am Boden in einer Flugzeugkabine vorliegen kann. Drei Demonstratoren wurden hierzu in die Flugtestanlagen des IBP integriert: Ein Carbon Cockpit Mock-up, ein Kabinensegment sowie ein Hecksegment mit Gepäck- und Geräteabteil. Ergänzt wurden diese Testanlagen durch das Aircraft Calorimeter (ACC), das einen variablen Testraum zusätzlich mit thermischen Schock (extrem schnelle Abkühlung) sowie rapidem Druckabfall beaufschlagen kann.

Neben der Erprobung von Heatpipes für die Kühlung von Fluggeräten wurden in den letzten Jahren vor allem die thermischen Modelle, die mit dem »Thermal Model Generation Tool« erzeugt wurden, hierin validiert. Die generierten Thermischen Modelle zeichnen sich durch eine extrem hohe Geschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen CFD-Berechnungen aus. Die hierbei erzielte geringere räumliche Auflösung ist für Innenraum-Simulation wesentlich geeigneter, da die hochauflösenden aber zeitraubenden CFD-Simulationen von Innenräumen nur bedingt repräsentativ und zudem für diesen Einsatzbereich kaum validierbar sind.

 

© Foto Fraunhofer IBP

Eine Auswahl bearbeiteter Projekte

 

INDIKAR –

Reduktion thermischer Lasten mit aktiv hinterlüftetem Spalt und neuartiger Isolation

 

Für innovative Flugzeugkabinenventilations-konzepte sollen im Test neue Isolationskon­zepte im Zusammenspiel mit einem aktiv hinterlüfteten Spalt entwickelt werden.

 

STELLA – Verbundprojekt

Energieströme im Druckrumpf, Metho­den des Energiema-nagements und innovative Kabinenluftbehandlung

 

Es soll nachvollzogen werden, wie viel Energie im Flugzeugrumpf über Konvek­tion, Leitung und Lüftung bei Mischlüftung und bei Quelllüftung ausgetauscht wird.

Sensoren auf MOX-Basis sowie Ionisatoren werden untersucht, um eine bedarfsge­rechte Anpassung des Umluftanteils zu ermöglichen.

 

ECOTHERM

Neue Konzepte zur Kühlung von Elektronik im Umfeld der Avionik, LuFo IV (EFFESYS)

 

Zielsetzung

Simulation des Avionik Raums. Einfluss der Umgebungsbedingungen auf die Ventilation der Avionik und Fehlerfälle in Bezug auf Temperaturverteilungen.

 

Vorgehensweise

Nachbau der Racks mit Heizfolien

Nachbau der Lüftung

Aufbau des Messsystems

Ermittlung und Bewertung des Einflusses der Umgebungsbedingungen auf die Ventilation der Avionik.

Untersuchung von Fehlerfällen in Bezug auf lokale und globale Temperaturverteilungen im Avionik Raum.

Untersuchung und Ermittlung der lokalen und globalen Strömungsgeschwindigkeiten im Avionik Raum in Zusammenhang von Fehlerfällen zur Validierung von CFD-Daten

 

Ergebnis

Bei Ausfällen der mechanischen Lüftungs-Komponenten gibt es noch ungenutzte Wärmesenken, die durch ein verändertes Design ausgeschöpft werden können. Eine Möglichkeit um die Racks zu kühlen wäre z.B. Heatpipes. Diese könnten die Wärme zur kalten Rumpfoberfläche leiten.

Eine passive Kombination aus der Nutzung thermischer Auftriebsströme mit stark wär­meleitenden Materialien könnte die Funk­tionsfähigkeit von Avionik-Komponenten beim Ausfall der Systeme verlängern.

Eine genaue Analyse der Luftnebenwege und deren Wirkung kann weiteren Auf­schluss über Verbesserungspotenziale geben, nachdem die Wärmekapazität des Avionik Raums selbst offensichtlich noch nicht ausgeschöpft wird.

 

Fördergeber

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), FKZ: 20Y0803I

 

SINTEG – Untersuchungen von Isolationskonzepten

 

Untersuchung des Wasseraufnahmeverhal­tens von drei Isolationskonzepten zur Dämmung von Flugzeugkabinen und Ermittlung der Kondensatbildung in Kontakt mit der kalten Rumpfhülle unter besonderer Berücksichtigung von unterschiedlichen Luft­drücken.

 

Clean Sky –
Eco Design Systems

 

Erstellung einer Simulations- Validationskette für Flugzeugkabinenklima