MOHICAB

MOHICAB - Modelling Humidity in Aircraft Cabins

Die Feuchte an Bord eines Flugzeuges hat mehrere Auswirkungen, die teilweise positive und teilweise negative Konsequenzen haben. Grundsätzlich ist es aus Sicht des Passagierkomforts zu befürworten, wenn die Luft im Fluge feuchter wäre. Ein Hinderungsgrund für die Anhebung der Kabinenluftfeuchte besteht jedoch in der dann verstärkt auftretenden Kondensation bzw. Gefrierung von Wasser an der kalten Außenhaut und in der Isolierung. Das sich einlagernde Kondensat erhöht das Gewicht des Flugzeuges (einige hundert Kilogramm), führt zu Korrosion und bewegt sich unkontrolliert im Rumpf, so dass Passagiere buchstäblich im Regen stehen (dieses Phänomen nennt sich auch "Rain-in-the-Plane"). Weitere negative Konsequenzen, die sich aus der Kondensation der Luftfeuchte ergeben können, sind folgende:

Dynamische Simulation eines Flugzyklusses

  • größerer Treibstoffverbrauch infolge des gestiegenen Gewichts,
  • elektrische Kurzschlüsse und Fehlfunktionen,
  • Schimmelbildung,
  • schlechtere Isolationseigenschaften.

Das Gesamtziel des Vorhabens war es, numerische Untersuchung an unterschiedlichen Isolationsaufbauten durch den Einsatz von Simulationsmodellen zu ermöglichen, so dass die Luftfeuchte in der Kabine optimiert bzw. die o. g. negativen Auswirkungen minimiert werden können. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Betrachtung des Feuchte- und Wärmetransportes, der Feuchteaufspeicherung sowie des Einflusses der Isolierung auf den Gesamtfeuchtehaushalt der Kabinenluft.

Sample Mohicab model

Mittels der Modellierungssprache Modelica sowie des Simulationsprogramms Comsol (TUHH) werden ein- und mehrdimensionale Modelle zur Simulation der Feuchteentwicklung und Gewichtszunahme in der Isolierung entwickelt. Die Modelica-Bibliothek umfasst dabei folgende Modelle für den eindimensionalen Wärme- und Stofftransport:

  • Poröse Isolationsmaterialien, die mit Folie umwickelt sein können,
  • Phasenwechselmodell für Wasser-Luft (Kondensat, Eis, adsorbiertes Wasser, Wasserdampf),
  • Feste Wände,
  • Durchströmte Luftspalte,
  • Hohlräume mit Strahlungsaustausch,
  • Stoffwertemodelle für feuchte Luft, Isolierungen, Folien und feste Wandmaterialien.

Begleitend zur Modellierung werden verschiedene Messungen an Isolierungspaketen durchgeführt. An der TU Hamburg-Harburg wurde ein Versuchstand entwickelt und gebaut, mit dem die Feuchtezunahme von Isolierungspaketen während eines simulierten Flugzyklusses gemessen werden kann. Die Aufzeichnung der Gewichtszunahme erfolgt dabei kontinuierlich ("In-situ-Verfahren"). Die räumliche Verteilung des in der Isolierung enthaltenen flüssigen und gefrorenen Wassers konnte in einem spektakulären Versuch im Forschungsreaktor Garching der TU München mittels Neutronen-Spektrographie sichtbar gemacht werden, siehe nachfolgende Abb. von Joos (TUHH) und Schillinger (TUM, ANTARES). Über die Versuche wurde deutschlandweit im Rundfunk berichtet.

Neutronenradiographie der feuchten Isolierung

Das Forschungsprojekt Mohicab, welches durch die Hamburger Behörde für Wirtschaft und Arbeit unter dem Förderkennzeichen [HH128] gefördert wurde, hatte im Januar 2008 begonnen und endete im März 2011.