Warum wird in der Klimaanlage eines Flugzeugs Luft mit Bypass-Luft vermischt?

Zusamenfassend

Bypass-Zapfluft ist ein Bruchteil der vom Kernkompressor kommenden Zapfluft. Es heißt so, weil es nicht wie die normale Zapfluft die Luftkreislaufmaschine der Packs durchquert.

Auf dem folgenden Bild ist diese Bypass-Zapfluft als Trimmluft gekennzeichnet . Sein Zweck besteht darin, mit kühlerer Zapfluft aus den Packs gemischt zu werden, um die Temperatur in den verschiedenen Zonen zu modulieren.

Das Mischen erfolgt durch die Misch- und Verteilereinheit (siehe unten).

^{Verwendung von Trimmluft bei der Airbus A320-Familie. (Quelle: A319/A320/A321 ECS Familiarization and Training Manual )}

Boeing hat einen neuen Ansatz für die Klimatisierung und Druckbeaufschlagung unter Verwendung von Stauluft anstelle von Zapfluft eröffnet. Das erste Flugzeug mit diesem Ansatz ist die B787, die spezielle Kompressoren erfordert .

Einzelheiten

Die Klimaanlagen und Druckbeaufschlagungssysteme in großen Verkehrsflugzeugen sind ziemlich ähnlich. Hier das Gesamtbild:

• Die Klimatisierung und ein Teil der Druckbeaufschlagung erfolgt über das Environmental Control System (ECS)

• Zapfluft , die Hochdruckluft, die den Triebwerkskernen und der APU entnommen wird, ist sehr heiß.

• Ram Air , die dem Flugzeugbauch entnommene kühle Niederdruckluft, wird zur Kühlung der Zapfluft in Wärmetauschern verwendet. Diese dabei wärmer werdende Stauluft wird in die Atmosphäre abgegeben, ohne in die Kabine zu gelangen. Ein Lüfter wird verwendet, um den Stauluftstrom zu erzeugen, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet.

• Klimaanlagenpakete sind hauptsächlich Luftkreislaufmaschinen ( Refresher ), die vorgekühlte Zapfluft erhalten und Luft mit Umgebungstemperatur abgeben. Es gibt normalerweise 2 oder 3 Pakete für Redundanz.
  
  Ein Teil der Zapfluft umgeht das ACM und kann später von der Mischeinheit verwendet werden.

• Luft aus den Packungen gelangt zur Misch- und Verteilungseinheit, deren Aufgabe es ist, Luft aus Packungen mit bereits in der Kabine befindlicher Luft zu mischen und das Ergebnis an verschiedene Zonen des Flugzeugs zu liefern.
  
  Das Gerät kann die Temperatur entsprechend den Zonen variieren, indem es Ausgangsluft und Bypass-Zapfluft mischt . Die Einheit mischt auch Luft aus der Bodenversorgung, wenn sie am Gate ist und Motoren und APU nicht laufen.

• Die Luft in der Kabine wird von zwei oder mehr Ventilatoren umgewälzt, die sie zur Mischeinheit zurückführen.

• Wenn Luft durch die Mischeinheit in das Flugzeug gepumpt wird, verlässt Luft das Flugzeug auch durch ein oder mehrere Ausströmventile . Die exakte Luftmenge, die das Flugzeug verlässt, wird so gesteuert, dass der Druck im Inneren des Flugzeugs den erforderlichen Wert hat.
  
  Dieser Wert wird normalerweise als Kabinenhöhe ausgedrückt , das ist die Höhe, in der wir diesen Druck in der Standardatmosphäre finden würden. Der Druck beträgt auf Meereshöhe etwa 1013 hPa und nimmt dann mit zunehmender Höhe kontinuierlich ab.
  
  Die Kabinenhöhe steigt jedoch nicht so hoch wie das Flugzeug, da in der Kabine ein unzureichender Sauerstoffdruck vorhanden wäre. Die Kabinenhöhe wird proportional gehaltenzur Flugzeughöhe, aber normalerweise ist der minimale Druck ein Wert, der 6.000 bis 6.500 Fuß entspricht.

• All diese Elemente werden von Controllern gesteuert, die von der Besatzung überwacht und programmiert werden können.

Schauen wir uns das ECS für den Airbus A320 an.

1. Lage der Elemente

^{(Wenn nicht anders angegeben, ist die Quelle der Bilder das A319/A320/A321 ECS Familiarization and Training Manual )}

2. Packungen

Eine Ansicht eines Packs mit dem dreieckigen Staulufteinlass (der Stauluftauslass wurde entfernt):

Das Paket beinhaltet:

• Zwei Luft-Luft-Wärmetauscher: Haupt- (MHX) und Primär- (PHX). Als Wärmeaufnahmeflüssigkeit wird für beide Stauluft verwendet.

• Ein Zentrifugalkompressor (COMP) und eine Turbine (TURB). Sie bilden die Air Cycle Machine (ACM), die kühlt und den Druck der Zapfluft reduziert.

• Ein Nacherhitzer (RH), ein Kondensator (COND) und ein Wasserextraktor (WE) zum Trocknen von Zapfluft.

3. Air-Cycle-Maschine

4. Packvorgang

Ein Paket funktioniert so:

• Heiße Hochdruckzapfluft wird zum PHX geleitet, der sie etwas abkühlt, damit sie vom ACM effizienter verarbeitet werden kann.

• Gekühlte Luft wird zum Kompressor geleitet. Durch Erhöhen des Drucks kann im nächsten Schritt mehr Wärme entzogen werden. Die Luft wird wieder sehr heiß.

• Komprimierte Heißluft wird an den MHX geleitet, der so viel Wärme wie möglich abführt, möglicherweise unter der Staulufttemperatur, was am Boden großartig ist.

• Kühle Luft, die Wasserdampf enthält, strömt zu einem Zwischenüberhitzer und einem Kondensator, um flüssiges Wasser zu erzeugen, Wasser wird vom Wasserabscheider gesammelt. Dieses Wasser wird erneut in die Stauluft eingespritzt, um sie zu kühlen, bevor sie in den Wärmetauschern verwendet wird.

• Kühle Luft dreht schließlich die Turbine, die ihr Energie entzieht, um den Kompressor und ein Stauluftgebläse anzutreiben. Der Energieverlust erzeugt eine kühle Niederdruckluft, die in der Kabine und im Cockpit verwendet werden kann.

Die genaue Temperatur und Feuchtigkeit der vom Pack gelieferten Luft werden durch Mischen von Luft aus der ACM-Turbine, kühlerer Luft aus dem PHX und der wärmsten Bypass-Zapfluft erhalten, die stromaufwärts des MHX entnommen wird.

Die Wasserentnahme wird durch Einstellen der Temperatur des durch den Kondensator strömenden Luftstroms auf die gleiche Weise gesteuert.

Bypass-Zapfluft wird auch von der Packung an die Mischeinheit zum Trimmen der Zonentemperatur geliefert.

5. Wasserextraktor

Das gesammelte Wasser wird wieder in den Stauluftstrom eingespritzt.

6. Lufttemperatur und -druck bei jedem Schritt

^{FCV: Stromregelventil (Zapflufteingang)}

Sie haben fast die Antwort in Ihrer Frage; Zapfluft ist heiße, komprimierte Luft, die den Triebwerkskompressoren entnommen wird. Bypass-Zapfluft bezieht sich hier auf einen Teil der Luft, die aus dem Motor abgezapft, aber nicht durch die Luftkreislaufmaschine (Paket) geleitet wird. Wenn die Luft aus der Packung kommt, ist es wirklich kalt. Der Pilot hat einen Knopf, der die kalte Luft aus dem Pack mit der heißen Bypass-Luft mischt, um die Temperatur einzustellen, die durch die eigentlichen Kanäle kommt; dies ist vergleichbar mit der Mixerbox in einem Auto.

In diesem Bild aus dieser Antwort auf SE Aviation kommt beispielsweise die Zapfluft vom Motor in der oberen rechten Ecke herein, und Sie können die Leitung für die Bypass-Zapfluft oben im Diagramm in dem mit „heiß“ gekennzeichneten Rohr sehen Luft".

Ein Verbrennungsmotor, sogar eine Gasturbine, hat 4 Phasen: saugen, quetschen, knallen, blasen .

Saugen: Luft wird in den Motor gesaugt

Squeeze: Die Luft wird durch die Turbine komprimiert

Knall: Die konzentrierte Luft wird mit Brennstoff vermischt und gezündet.

Schlag: Die expandierten Gase aus dem gezündeten Kraftstoff drücken die Rückseite des Strahls heraus

Die Zapfluft wird nach dem Drücken , aber vor dem Knall aus dem Motor entnommen

Das Environmental Control System (ECS), das die Kabine mit Luft versorgt, verwendet in den meisten Flugzeugen normalerweise Zapfluft aus den Triebwerken. Die folgende Abbildung zeigt das Triebwerkzapfluftsystem in einer Boeing 767.

Bild aus Commercial Airliner Environmental Control System – Engineering Aspects of Cabin Air Quality von Elwood H. Hunt et. al, von Boeing

Die Hauptluftversorgung für das ECS kommt normalerweise vom Kompressor, wo Luft aus Hoch-/Niederdruckbereichen entnommen wird. Diese kommen in verschiedenen Flugphasen zum Einsatz.

Teilweise wird die Luft zur Kühlung aus der Bypassluft der Triebwerke entnommen. Da die Luft im Kompressor komprimiert wird, steigt die Temperatur der Zapfluft (insbesondere die der HD-Stufe) und die Bypass-Luft wird verwendet, um sie zu kühlen.

Diese Antworten sind jedoch alle richtig. Es ist zu beachten, dass es bei dieser Klimaanlage 2 verschiedene Arten von Bypass-Zapfluft gibt. Unmittelbar stromabwärts des Durchflussregelventils am Eingang des Pack-Systems wird Bypass-Luft entnommen, die direkt zur Trimmluft für die Kabinentemperaturregelung geleitet wird. Die andere Bypass-Zapfluft ist daran beteiligt, Eisbildung im Kondensator/Wasserabscheider zu verhindern. Dies ist die Luft, die durch das Bypassventil (BPV) strömt und den Kompressor und den Hauptwärmetauscher umgeht, um heiße Luft stromabwärts der Turbine bereitzustellen. Das Ventil öffnet aufgrund der fälligen Druckdifferenz.

Wir hatten kürzlich ein NGS-Problem auf einer B-737. Der Fehler war, dass die Luft zu kalt in das System eindrang. Die Fehlersuche wurde durchgeführt und das Vorkühlerventil am Triebwerk, das Zapfluft liefert, blieb offen hängen. Meine Frage ist, welche Wirkung, wenn überhaupt, sich bei der Klimaanlage zeigen würde, die die Zapfluft liefert>