Unter Druck stehende Flugzeuge - Pressurized Aircraft
Flugzeuge werden aus zwei Gründen in großen Höhen geflogen. Erstens verbraucht ein in großer Höhe geflogenes Flugzeug bei einer gegebenen Fluggeschwindigkeit weniger Treibstoff als bei der gleichen Geschwindigkeit in geringerer Höhe, da das Flugzeug in großer Höhe effizienter ist. Zweitens können schlechtes Wetter und Turbulenzen vermieden werden, indem in relativ ruhiger Luft über den Stürmen geflogen wird.
Viele moderne Flugzeuge werden für den Betrieb in großen Höhen entwickelt und nutzen diese Umgebung. Um in größeren Höhen zu fliegen, muss das Flugzeug unter Druck gesetzt werden oder jedem Insassen muss geeigneter zusätzlicher Sauerstoff bereitgestellt werden. Für Piloten, die diese Flugzeuge fliegen, ist es wichtig, mit den grundlegenden Betriebsprinzipien vertraut zu sein.
In einem typischen Druckbeaufschlagungssystem sind die Kabine, das Flugabteil und die Gepäckabteile in eine abgedichtete Einheit eingebaut, die Luft unter einem höheren Druck als dem atmosphärischen Außendruck enthalten kann. Bei Flugzeugen, die von Turbinentriebwerken angetrieben werden, wird Zapfluft aus dem Verdichterabschnitt des Triebwerks verwendet, um die Kabine unter Druck zu setzen. Kompressoren können bei älteren Flugzeugmodellen mit Turbinenantrieb verwendet werden, um Luft in den abgedichteten Rumpf zu pumpen.
Kolbengetriebene Flugzeuge können Luft verwenden, die von jedem Triebwerksturbolader durch ein Schall-Venturi (Strömungsbegrenzer) zugeführt wird. Luft wird aus dem Rumpf durch eine Vorrichtung namens Ausströmventil abgelassen. Durch die Regulierung des Luftaustritts ermöglicht das Ausströmventil einen konstanten Luftzufluss in den Druckbereich.
Ein Kabinendrucksystem hält typischerweise eine Kabinendruckhöhe von ungefähr 8.000 Fuß bei der maximal ausgelegten Reiseflughöhe eines Flugzeugs aufrecht. Dies verhindert schnelle Änderungen der Kabinenhöhe, die unbequem sein oder zu Verletzungen von Passagieren und Besatzung führen können. Darüber hinaus ermöglicht das Drucksystem einen relativ schnellen Luftaustausch von innen nach außen in der Kabine. Dies ist notwendig, um Gerüche zu beseitigen und verbrauchte Luft zu entfernen.
Eine Druckbeaufschlagung der Flugzeugkabine ist notwendig, um die Insassen vor Hypoxie zu schützen. In einer Druckkabine können Insassen bequem und sicher über lange Zeiträume transportiert werden, insbesondere wenn die Kabinenhöhe bei 8.000 Fuß oder darunter gehalten wird, wo die Verwendung von Sauerstoffgeräten nicht erforderlich ist. Die Flugbesatzung in diesem Flugzeugtyp muss sich der Gefahr eines versehentlichen Druckverlusts in der Kabine bewusst sein und darauf vorbereitet sein, mit einem solchen Notfall fertig zu werden, wann immer er eintritt.
Die folgenden Begriffe helfen beim Verständnis der Funktionsprinzipien von Druckbeaufschlagungs- und Klimaanlagen:
• Flugzeughöhe – die tatsächliche Höhe über dem Meeresspiegel, auf der das Flugzeug fliegt
• Umgebungstemperatur – die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung des Flugzeugs
• Umgebungsdruck – der Druck in der unmittelbaren Umgebung des Flugzeugs
• Kabinenhöhe – Kabinendruck als äquivalente Höhe über dem Meeresspiegel
• Differenzdruck – der Druckunterschied zwischen dem Druck, der auf eine Seite einer Wand wirkt, und dem Druck, der auf die andere Seite der Wand wirkt. In Klima- und Drucksystemen von Flugzeugen ist es die Differenz zwischen Kabinendruck und atmosphärischem Druck.
Das Kabinendrucksteuersystem stellt Kabinendruckregulierung, Druckentlastung, Vakuumentlastung und die Mittel zum Auswählen der gewünschten Kabinenhöhe im isobaren und differentiellen Bereich bereit. Außerdem ist das Ablassen des Kabinendrucks eine Funktion des Druckregelsystems. Ein Kabinendruckregler, ein Ausflussventil und ein Sicherheitsventil werden verwendet, um diese Funktionen zu erfüllen.
Der Kabinendruckregler regelt den Kabinendruck auf einen ausgewählten Wert im isobaren Bereich und begrenzt den Kabinendruck auf einen voreingestellten Differenzwert im Differenzbereich. Wenn ein Flugzeug die Höhe erreicht, bei der die Differenz zwischen dem Druck innerhalb und außerhalb der Kabine gleich dem höchsten Differenzdruck ist, für den die Rumpfstruktur ausgelegt ist, führt eine weitere Erhöhung der Flugzeughöhe zu einer entsprechenden Erhöhung der Kabinenhöhe.
Die Differenzdruckregelung wird eingesetzt, um zu verhindern, dass der maximale Differenzdruck, für den der Rumpf ausgelegt ist, überschritten wird. Dieser Differenzdruck wird durch die Strukturfestigkeit der Kabine und häufig durch das Verhältnis der Kabinengröße zu den wahrscheinlichen Bruchstellen wie Fensterflächen und Türen bestimmt.
Das Kabinenluftdruck-Sicherheitsventil ist eine Kombination aus Druckentlastungs-, Vakuumentlastungs- und Ablassventil. Das Druckentlastungsventil verhindert, dass der Kabinendruck einen vorbestimmten Differenzdruck über dem Umgebungsdruck übersteigt.
Die Vakuumentlastung verhindert, dass der Umgebungsdruck den Kabinendruck übersteigt, indem Außenluft in die Kabine eintreten kann, wenn der Umgebungsdruck den Kabinendruck übersteigt. Der Flugdeck-Steuerschalter betätigt das Ablassventil. Wenn dieser Schalter auf Ram gestellt wird, öffnet sich ein Magnetventil, wodurch das Ventil Kabinenluft in die Atmosphäre ablässt.
Der Grad der Druckbeaufschlagung und die Betriebshöhe des Flugzeugs werden durch mehrere kritische Konstruktionsfaktoren begrenzt. In erster Linie ist der Rumpf so ausgelegt, dass er einem bestimmten maximalen Differenzdruck in der Kabine standhält.
Mehrere Instrumente werden in Verbindung mit der Druckbeaufschlagungssteuerung verwendet. Der Kabinen-Differenzdruckmesser zeigt die Differenz zwischen Innen- und Außendruck an. Dieses Manometer sollte überwacht werden, um sicherzustellen, dass die Kabine den maximal zulässigen Differenzdruck nicht überschreitet.
Ein Höhenmesser für die Kabine ist ebenfalls vorhanden, um die Leistung des Systems zu überprüfen. In einigen Fällen werden diese beiden Instrumente zu einem kombiniert. Ein drittes Instrument zeigt die Steig- oder Sinkrate der Kabine an. Ein Instrument für die Steiggeschwindigkeit der Kabine und ein Höhenmesser für die Kabine sind in der Abbildung dargestellt.
Dekompression ist definiert als die Unfähigkeit des Druckbeaufschlagungssystems des Flugzeugs, seine vorgesehene Druckdifferenz aufrechtzuerhalten. Dies kann durch eine Fehlfunktion im Druckbeaufschlagungssystem oder strukturelle Schäden am Flugzeug verursacht werden.
Physiologisch fallen Dekompressionen in die folgenden zwei Kategorien:
• Explosive Dekompression – eine Änderung des Kabinendrucks schneller als die Lungen dekomprimieren können, was möglicherweise zu Lungenschäden führt. Normalerweise beträgt die Zeit, die benötigt wird, um Luft aus der Lunge ohne Einschränkungen, wie z. B. Masken, abzulassen, 0,2 Sekunden. Die meisten Behörden betrachten jede Dekompression, die in weniger als 0,5 Sekunden auftritt, als explosiv und potenziell gefährlich.
• Schnelle Dekompression – eine Änderung des Kabinendrucks, bei der die Lungen schneller dekomprimieren als die Kabine.
Während einer explosiven Dekompression kann es zu Geräuschen kommen und man kann sich für einen Moment benommen fühlen. Die Kabinenluft füllt sich mit Nebel, Staub oder herumfliegenden Trümmern. Nebel entsteht aufgrund des schnellen Temperaturabfalls und der Änderung der relativen Luftfeuchtigkeit. Normalerweise klären sich die Ohren automatisch. Durch das Entweichen von Luft aus der Lunge strömt Luft aus Mund und Nase und kann von einigen Personen bemerkt werden.
Eine schnelle Dekompression verringert die Zeit des nützlichen Bewusstseins, da Sauerstoff in den Lungen schnell ausgeatmet wird, wodurch der Druck auf den Körper verringert wird. Dies verringert den Sauerstoffpartialdruck im Blut und reduziert die effektive Leistungszeit des Piloten um ein Drittel bis ein Viertel seiner normalen Zeit.
Aus diesem Grund sollte bei Flügen in sehr großen Höhen (35.000 Fuß oder höher) eine Sauerstoffmaske getragen werden. Es wird empfohlen, dass die Besatzungsmitglieder in großer Höhe die 100-Prozent-Sauerstoffeinstellung am Sauerstoffregler wählen, wenn das Flugzeug mit einem Bedarfs- oder Druckbedarfs-Sauerstoffsystem ausgestattet ist.
Die Hauptgefahr der Dekompression ist Hypoxie. Um eine Bewusstlosigkeit zu vermeiden, ist eine schnelle und ordnungsgemäße Verwendung von Sauerstoffgeräten erforderlich. Eine weitere potenzielle Gefahr, der Piloten, Besatzung und Passagiere bei Dekompressionen in großer Höhe ausgesetzt sind, ist die sogenannte Dekompressionskrankheit. Dies tritt auf, wenn der Druck auf den Körper ausreichend abfällt, Stickstoff aus der Lösung austritt und im Inneren der Person Blasen bildet, die nachteilige Auswirkungen auf einige Körpergewebe haben können.
Eine durch strukturelle Schäden am Flugzeug verursachte Dekompression stellt eine weitere Art von Gefahr für Piloten, Besatzung und Passagiere dar – sie werden aus dem Flugzeug geschleudert oder geblasen, wenn sie sich in der Nähe von Öffnungen befinden. Personen in der Nähe von Öffnungen sollten immer Sicherheitsgurte oder Sicherheitsgurte tragen, wenn das Flugzeug unter Druck steht und sie sitzen. Strukturelle Schäden können sie auch Windstößen und extrem kalten Temperaturen aussetzen.
Ein schneller Abstieg aus der Höhe ist notwendig, um diese Probleme zu minimieren. Automatische visuelle und akustische Warnsysteme gehören zur Ausrüstung aller Druckflugzeuge.
