Lepszy system wentylacji kabin samolotów
W związku z dążeniami do zwiększania bezpieczeństwa i efektywności energetycznej samolotów, coraz więcej wysiłków skupia się na kabinie pasażerskiej. „Współczesne samoloty wykorzystują systemy wentylacji mieszającej w celu dostarczania do kabiny mieszaniny powietrza z zewnątrz oraz recyrkulowanego powietrza oczyszczanego przy pomocy wysokoskutecznych filtrów HEPA”, opowiada Daniel Schmeling, lider zespołu zajmującego się wentylacją i klimatyzacją pojazdów w Niemieckim Centrum Kosmiczno-Lotniczym (DLR) w Getyndze. „Jednak ze względu na szereg czynników, takich jak większa gęstość foteli, korzystanie z osobistych urządzeń elektronicznych czy stale rosnące oczekiwania dotyczące wygody podróżowania, dotychczasowe systemy wentylacji mieszającej osiągnęły granice swoich możliwości”. Jak twierdzi Schmeling, opracowanie nowych koncepcji wentylacji wymaga wprowadzenia wielu zmian w projektach kabin samolotów. „Alternatywne koncepcje wentylacji zapewniające lepsze odprowadzanie ciepła oraz skuteczność wymagają w pierwszej kolejności ponownego przyjrzenia się stosunkowi ilości powietrza z zewnątrz do powietrza recyrkulowanego w kabinie”, wyjaśnia. To właśnie na tym skupiły się prace w ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu ADVENT (Advanced ventilation techniques for modern long-range passenger aircraft to promote future energy management systems) realizowanego w ramach unijnej inicjatywy Czyste Niebo, koncentrującego się na ocenie nowatorskich koncepcji wentylacji kabin samolotów dalekiego zasięgu. „Koncepcje te podlegają ocenie pod kątem komfortu cieplnego pasażerów, efektywności energetycznej i jakości powietrza”, dodaje Schmeling, który pełni rolę koordynatora projektu. „Co więcej, nowe architektury wentylacji o zwiększonym przepływie powietrza mogą pozwolić na zastosowanie ulepszonych procesów produkcyjnych opartych na modularyzacji”.
Dwutorowe podejście
W celu oceny proponowanych koncepcji wentylacji, zespół projektu zastosował dwutorowe podejście, oparte z jednej strony na ocenie przy pomocy numerycznej obliczeniowej dynamiki płynów z wykorzystaniem uproszczonej geometrii, a następnie na przeprowadzeniu doświadczeń w najnowocześniejszej makiecie kabiny samolotu dalekiego zasięgu z manekinami pasażerów wyposażonymi w urządzenia termiczne. „Makieta została zaprojektowana i zbudowana od podstaw przez zespół projektu ADVENT”, zauważa Schmeling. „Dzięki zapewnieniu realistycznych termicznych warunków brzegowych makieta okazała się niezbędnym narzędziem pozwalającym na badanie statycznych i dynamicznych temperatur wszystkich powierzchni w kabinie podczas kolejnych etapów lotu”. Wstępne testy sufitowego systemu wentylacji opartego na mikrostrumieniach na podstawie makiety udowodniły jego gotowość do wdrożenia. Na tej podstawie badacze potwierdzili nie tylko słuszność prognoz dotyczących korzyści wypływających z zastąpienia dotychczasowych rozwiązań i zastosowania tej koncepcji opartych na metodach obliczeniowych, ale także zwrócili uwagę na wyzwania związane z wdrożeniem nowego systemu wentylacji.
Wyjątkowa makieta
Pomimo pewnych opóźnień spowodowanych pandemią COVID-19 zespołowi projektu udało się przeprowadzić symulacje numeryczne szeregu uprzednio wybranych koncepcji wentylacji, a w przypadku jednej z nich badacze złożyli zgłoszenie patentowe. Schmeling uważa jednak, że najważniejszym rezultatem projektu jest opracowana makieta. „Już samo spojrzenie do wnętrza tej makiety obejmującej sto manekinów termicznych i przekrój całej kabiny zapiera dech w piersiach”, dodaje badacz. „Dzięki zastosowaniu w niej najnowocześniejszych technik pomiarowych opartych na urządzeniach optycznych i czujnikach, nowy obiekt badawczy skutecznie pozwolił nam na dynamiczną analizę możliwości koncepcji wentylacji przyszłości”. Po zakończeniu projektu nowa makieta zostanie udostępniona jednostkom i podmiotom działającym w europejskim sektorze badań lotniczych i kosmicznych. Tymczasem do zakończenia projektu w 2022 roku badacze zamierzają kontynuować badania dodatkowych koncepcji wentylacji, w tym systemów wbudowanych w górną część kabiny oraz w jej podłogę. „Rezultatem naszych prac będzie powstanie koncepcji wentylacji kabin samolotów oraz narzędzi nowej generacji, które pozwolą odetchnąć zarówno projektantom samolotów, jak i pasażerom”, podsumowuje Schmeling.
Słowa kluczowe
ADVENT, samolot, kabina samolotu, system wentylacji, wentylacja mieszająca, Czyste Niebo, przemysł lotniczy i kosmiczny
