DE102016118436A1

DE102016118436A1 - Kabinenwandelement zur thermischen und akustischen Isolation eines Flugzeugrumpfabschnitts

Info

Publication number: DE102016118436A1
Application number: DE102016118436.5A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gleine
Original assignee: Hochschule fur Angewandte Wss Hamburg; Hochschule fuer Angewandte Wissenschaften Hamburg
Current assignee: Hochschule fur Angewandte Wss Hamburg; Hochschule fuer Angewandte Wissenschaften Hamburg
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-03-29
Also published as: WO2018060186A1

Abstract

Kabinenwandelement zur thermischen und akustischen Isolation eines zwischen zwei Spanten eines Flugzeugrumpfs befindlichen Flugzeugrumpfabschnitts, wobei das Kabinenwandelement eine Außenwand, die ein thermisch und/oder akustisch isolierendes Material aufweist, eine Innenwand und einen Luftführungskanal aufweist, der zwischen der Außenwand und der Innenwand angeordnet ist, sich über einen Großteil einer Fläche des von dem Kabinenwandelement belegten Flugzeugrumpfabschnitts erstreckt und zur Führung einer Luftströmung in einer Längsrichtung des Kabinenwandelements ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kabinenwandelement zur thermischen und akustischen Isolation eines Flugzeugrumpfabschnitts. Flugzeugrümpfe, beispielsweise von Verkehrsflugzeugen, weisen in der Regel eine röhrenförmige Grundform auf. Die sogenannte Primärstruktur des Flugzeugrumpfs umfasst eine Außenhaut und eine Vielzahl von Spanten, die zur Aussteifung an der Innenseite der Außenhaut ringförmig umlaufen. Zumeist gibt es zusätzlich in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs ebenfalls an der Innenseite der Außenhaut angeordnete Aussteifungsrippen, die als Stringer bezeichnet werden. Die genannten Elemente der Primärstruktur bestehen in der Regel aus Aluminium, zum Teil auch aus Faserverbundwerkstoffen. Um im Innenraum eines Flugzeugs angenehme Reisbedingungen zu schaffen, ist die thermische und akustische Isolation des Flugzeugrumpfs von großer Bedeutung. Ebenfalls notwendig ist eine Belüftung und Klimatisierung.
Herkömmliche Kabinenwandaufbauten umfassen eine Außenwand zur thermischen und akustischen Isolation. Hierfür werden häufig Pakete aus Glaswolle eingesetzt, die von einer Folie umhüllt sind. Die Glaswollepakete werden an der Innenseite der Außenhaut angeordnet. Weiter gibt es Innenverkleidungspaneele, auch als Trim-Paneele bezeichnet, die von der Innenseite der Kabine aus sichtbar sind und die Glaswollepakete verdecken. Ein bekanntes Problem dieses Grundaufbaus besteht darin, dass bei mangelhafter Abdichtung und durch Diffusion Feuchtigkeit aus dem Innenraum der Flugzeugkabine durch die Innenverkleidungspaneele hindurch in die Glaswollepakete gelangt und dort kondensiert und gegebenenfalls gefriert. Hierdurch kann es zu einem erheblichen Anwachsen des Gesamtgewichts kommen, insbesondere wenn bei winterlichen Temperaturen am Boden das im Flugzeugrumpf gebildete Eis nicht abtaut und sich der Eisbildungsprozess bei weiteren Flügen fortsetzt. Zudem verändern sich die thermischen und akustischen Isolationseigenschaften der Glaswollepakete. Schließlich führt die Feuchtigkeit unter Umständen zu Korrosion der Primärstruktur, außerdem kann es zur Bildung von Schimmelpilzen und Bakterien kommen.
Eine vollständige Verhinderung von Feuchtigkeitskondensation bzw. Eisbildung konnte bisher nicht erreicht werden. Daher sind in Flugzeugkabinen gegenwärtig nur sehr geringe Luftfeuchtigkeiten im Bereich von etwa 10 % bis etwa 15 % möglich, was unter Komfortgesichtspunkten nicht optimal ist.
In der Druckschrift DE 10 2008 025 389 B4 wird vorgeschlagen, die Flugzeugkabinenluft durch einen Spalt hindurchzuleiten, der zwischen einer an der Innenseite der Außenhaut befindlichen Primärisolierung und einer an der Außenseite eines Innenverkleidungspaneels angeordneten Sekundärisolierung gebildet ist. Dadurch soll die Flugzeugkabinenluft gezielt abgekühlt oder erwärmt werden können. Kondenswasser soll über ein Drainagesystem abgeleitet werden können.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 041 181 A1 ist eine ähnliche Anordnung wie aus der zuvor erläuterten Druckschrift bekannt geworden. Es wird ebenfalls ein Luftstrom in einem Spalt zwischen einem Verkleidungsabschnitt und einem Außenhautabschnitt erzeugt. Die Temperatur des durch den Spalt bewegten Luftstroms soll so gewählt werden, dass sich der Taupunkt in den Außenhautabschnitt hinein verschiebt. Außenhautabschnitt und Verkleidungsabschnitt sollen als koaxial angeordnete Röhren ausgebildet werden, die mit Hilfe weniger Abstandshalter zueinander gehalten und thermisch und akustisch voneinander isoliert werden sollen.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 048 998 A1 ist ein kondenswasserfreies Isolationssystem für Passagierflugzeuge bekannt geworden, bei dem die Isolierpakete aus formsteifem Schaumstoff bestehen. Auf die bei Glasfasermaterialien benötigte Umhüllungsfolie mit Ventilationsöffnungen soll verzichtet werden können, wodurch sich die Gefahr einer Kondenswasserakkumulation in dem Isolierpaket verringern soll.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Kabinenwandaufbau zur thermischen und akustischen Isolation eines Flugzeugrumpfs zur Verfügung zu stellen, der Probleme mit Kondenswasserbildung minimiert und einfach zu montieren ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Kabinenwandelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das Kabinenwandelement dient zur thermischen und akustischen Isolation eines zwischen zwei Spanten eines Flugzeugrumpfs befindlichen Flugzeugrumpfabschnitts, wobei das Kabinenwandelement eine Außenwand, die ein thermisch und/oder akustisch isolierendes Material aufweist, eine Innenwand und einen Luftführungskanal aufweist, der zwischen der Außenwand und der Innenwand angeordnet ist, sich über einen Großteil einer Fläche des von dem Kabinenwandelement belegten Flugzeugrumpfabschnitts erstreckt und zur Führung einer Luftströmung in einer Längsrichtung des Kabinenwandelements ausgebildet ist.
Der Flugzeugrumpfabschnitt, der von dem Kabinenwandelement belegt und thermisch sowie akustisch isoliert wird, weist eine bestimmte Fläche auf. Der Flugzeugrumpfabschnitt kann sich in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs insbesondere von einem Spant bis zu einem benachbarten Spant erstrecken. Quer dazu erstreckt sich der Flugzeugrumpfabschnitt über einen Teil des Umfangs des röhrenförmigen Flugzeugrumpfs, beispielsweise etwa von einem Boden der Flugzeugkabine bis zu einer Decke der Flugzeugkabine oder über einen Teil dieses Bereichs. Außenwand und Innenwand des Kabinenwandelements können sich jeweils im Wesentlichen über die gleiche Fläche erstrecken, entsprechend dem Flugzeugrumpfabschnitt. Somit können sich die Innenwand und die Außenwand in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs insbesondere von einem Spant bis zu einem benachbarten Spant hin erstrecken. Das Kabinenwandelement kann eine der Außenhaut des Flugzeugrumpfabschnitts entsprechende Grundform aufweisen, also im Wesentlichen einen Teil eines Zylindermantels bilden.
Die Außenwand weist ein thermisch und/oder akustisch isolierendes Material auf. Die Isolationswirkung der Außenwand kann so bemessen sein, dass sie den Großteil des Wärmedurchgangswiderstands zwischen Innenraum der Flugzeugkabine und Außenhaut des Flugzeugs beiträgt. Alternativ kann sie mit weiteren thermisch isolierenden Schichten, zum Beispiel mit einer benachbarten Primärisolation, kombiniert werden. Es versteht sich, dass die Außenwand ebenfalls einen Beitrag zur akustischen Isolation leistet. Die Innenwand kann ebenfalls ein thermisch und/oder akustisch isolierendes Material aufweisen. Innenwand und Außenwand können in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Abstand voneinander angeordnet sein.
Zwischen Innenwand und Außenwand ist ein Luftführungskanal ausgebildet, durch den eine Luftströmung in einer Längsrichtung des Kabinenwandelements geführt werden kann. Der Luftführungskanal ist ein Freiraum mit einem definierten Querschnitt, der zwischen Außenwand, Innenwand und seitlichen Begrenzungen angeordnet ist. Die Längsrichtung des Kabinenwandelements kann bezogen auf den von dem Flugzeugrumpf gebildeten Zylinder in tangentialer Richtung verlaufen, also im Wesentlichen parallel zum Verlauf der Spanten sein. Der Luftführungskanal kann einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, der über die Länge des Kabinenwandelements gleichbleiben kann. Der Luftführungskanal kann einen gekrümmten Verlauf aufweisen, entsprechend einer Krümmung des Flugzeugrumpfabschnitts und des Kabinenwandelements. Der Luftführungskanal kann zur Innenseite der Flugzeugkabine hin unmittelbar an die Innenwand und zur Außenseite der Flugzeugkabine hin unmittelbar an die Außenwand des Kabinenwandelements angrenzen. In die Außenwand kann wahlweise eine Dampfsperre integriert sein, beispielsweise in Form einer Folie.
Der Luftführungskanal erstreckt sich über einen Großteil der Fläche des Flugzeugrumpfabschnitts, d.h. die von dem Luftführungskanal geführte Luftströmung überstreicht mindestens 50 % der von dem Kabinenwandelement belegten Fläche des Flugzeugrumpfabschnitts. Bevorzugt erstreckt sich der Luftführungskanal sogar über mindestens 60 %, mindestens 70 %, mindestens 80 % oder mindestens 90 % dieser Fläche. Gegebenenfalls kann sich der Luftführungskanal über die gesamte Breite des Kabinenwandelements erstrecken, insbesondere von Spant zu Spant, wobei in diesem Fall die Fläche, über die sich der Luftführungskanal erstreckt, im Wesentlichen identisch mit der Fläche des Flugzeugrumpfabschnitts sein kann. Es wird eine fast vollflächige oder vollflächige Ausbildung der Luftströmung zwischen Innenwand und Außenwand erreicht. Durch diese Luftströmung wird durch die Innenwand hindurch diffundierende Feuchtigkeit mit der Luftströmung abtransportiert, bevor es zu einer Kondenswasserbildung und den skizzierten Folgeproblemen kommen kann. Die Ausbildung des Luftführungskanals in dem Kabinenwandelement ermöglicht dabei eine hinreichend gleichmäßige Luftströmung, die das Kabinenwandelement im Wesentlichen vollflächig erfasst und Feuchtigkeit zuverlässig abführt.
In einer Ausgestaltung weist das Kabinenwandelement zwei entlang der Spanten anzuordnende Seitenwände auf, die die Innenwand und die Außenwand miteinander verbinden. Die Innenseiten dieser Seitenwände können unmittelbar an den Luftführungskanal angrenzen, also den Querschnitt des Luftführungskanal gemeinsam mit Innenwand und Außenwand vorgeben. Die Seitenwände können ebenfalls aus einem thermisch und/oder akustisch isolierenden Material bestehen. In diesem Fall bewirken sie nicht nur eine mechanische Stabilisierung des Kabinenwandelements, sondern führen zugleich zu einer wirksamen Isolation der Spanten.
In einer Ausgestaltung bilden mindestens zwei der genannten Wände eine vormontierte Einheit, die als Ganzes zwischen den Spanten montiert wird. Beispielsweise können die beiden Seitenwände und die Außenwand zu einer Einheit vormontiert werden, die bei der Montage im Flugzeugrumpf zwischen den beiden Spanten angeordnet wird. Ebenfalls möglichst eine Vormontage aller vier Seitenwände, also der Außenwand, der beiden Seitenwände und der Innenwand, oder eine Vormontage der Innenwand mit den beiden Seitenwänden. Auch eine Vormontage von im Querschnitt jeweils L-förmigen Stücken, also von Außenwand und einer Seitenwand und Innenwand und der anderen Seitenwand ist denkbar. In allen Fällen wird die Montage des Kabinenwandelements im Flugzeugrumpf wesentlich vereinfacht. Insbesondere müssen die Wände bei der Montage nicht zugeschnitten werden und befinden sich mehr oder weniger automatisch in der richtigen relativen Anordnung zueinander.
In einer Ausgestaltung sind die Seitenwände dazu ausgebildet, flächig an den Spanten anzuliegen. Hierzu können die Seitenwände durch geeignete Dimensionierung des Kabinenwandelements fest an den Seitenwänden anliegen, wenn das Kabinenwandelement zwischen die beiden Spanten gesteckt wird. Ebenfalls möglich ist eine Verbindung der Seitenwände mit den Spanten, beispielsweise eine Klettverbindung oder eine Verklebung, punktuell oder großflächig. Dadurch, dass die Seitenwände flächig an den Spanten anliegen, können sie Schwingungen der Spanten wirksam bedämpfen und damit insbesondere das akustische Verhalten verbessern. Zusätzlich können die Spanten und/oder die Seitenwände mit einer reibungserhöhenden Beschichtung versehen sein. Dadurch kann die Dämpfungswirkung erhöht werden.
In einer Ausgestaltung weist das Kabinenwandelement Verbindungsmittel zur Verfügung mit den Spanten und/oder mit dem Flugzeugrumpfabschnitt auf. Wie bereits erwähnt, können die Einzelteile des Kabinenwandelements oder das gesamte Kabinenwandelement grundsätzlich einfach zwischen den beiden Spanten angeordnet werden, sodass sie im Wesentlichen formschlüssig gehalten sind, insbesondere zwischen den Spanten und/oder zwischen der Flugzeugaußenhaut und einem Innenverkleidungspaneel. Eine zusätzliche Verbindung des Kabinenwandelements mit den Spanten und/oder mit dem Flugzeugrumpfabschnitt kann demgegenüber die Montage vereinfachen, einer unerwünschten Spaltbildung entgegenwirken und eine optimale Wirkung hinsichtlich der akustischen und thermischen Isolation sowie der Belüftung sicherstellen. Die zusätzliche Verbindung kann beispielsweise eine Schnappverbindung durch punktuell wirkende Rastelemente, eine Klettverbindung oder auch eine Verklebung sein.
In einer Ausgestaltung weist das Kabinenwandelement an mindestens einem Ende Verbindungsmittel zur Verbindung mit einem weiteren Kabinenwandelement auf, sodass die Kabinenwandelemente unter Ausbildung eines fortlaufenden Luftführungskanals aneinandergereiht werden können. Auf diese Weise kann ein Luftführungskanal mit der erforderlichen Länge aus zwei oder mehr Kabinenwandelementen zusammengesetzt werden. Soll beispielsweise ein Flugzeugrumpf zwischen einem Boden und einer Decke der Kabine vollflächig verkleidet werden, können zwischen zwei Spanten mehrere der erfindungsgemäßen Kabinenwandelemente in Längsrichtung aneinandergereiht werden. Die einzelnen Kabinenwandelemente sind dann bei der Montage besonders einfach zu handhaben und überdies universell einsetzbar. Die Kabinenwandelemente können als Verbindungsmittel beispielsweise einen elastischen Endabschnitt aufweisen, der um eine Öffnung des Kabinenwandelements umläuft. Zwischen den Kabinenwandelementen kann eine Steckverbindung ausgebildet sein, gegebenenfalls mit einer integrierten oder separaten Dichtung. Zum Sichern der Verbindung kann ein um die Öffnung umlaufendes Magnetband eingesetzt werden, alternativ oder zusätzlich Federelemente, die die beiden Kabinenwandelemente miteinander verspannen. Durch die Verbindungsmittel wird eine einfach herzustellende und für die dauerhafte Ausbildung eines gleichmäßigen Luftstroms geeignete Verbindung ermöglicht. Außerdem können die Verbindungsmittel eine zusätzliche akustische Dämpfung bewirken, insbesondere eine Schwingungsdämpfung der Spanten.
In einer Ausgestaltung ist die Innenwand oder ein Abschnitt der Innenwand als mit den übrigen Wänden verbindbarer Deckel ausgebildet. Dadurch kann das Kabinenwandelement bei der Montage oder zu Wartungszwecken geöffnet werden, indem der Deckel abgenommen wird. Beispielsweise können die Außenwand, die beiden Seitenwände und ggf. ein nicht zum Deckel gehörender Teil der Innenwand (als vorgefertigte Einheit oder getrennt voneinander) montiert werden, und der Deckel kann anschließend eingesetzt werden. Zwischen Deckel und den angrenzenden Wandabschnitten können Verbindungsmittel und/oder Dichtmittel angeordnet sein, um den Deckel zu fixieren und einen im Wesentlichen luftdichten Abschluss zu erreichen.
In einer Ausgestaltung ist auf einer von dem Luftführungskanal abgewandten Außenseite der Innenwand eine Funktionsschicht für elektrische Kabinensysteme angeordnet. Die Funktionsschicht kann beispielsweise elektrische Leitungen für eine Unterhaltungselektronik und/oder gedruckte Schaltungen und/oder sonstige elektrische oder elektronische Komponenten aufweisen. Die Funktionsschicht kann zusätzlich zu den genannten Ausstattungselementen eine Trägerschicht aufweisen, an der die Ausstattungselemente befestigt sind. Die Ausstattungselemente können aber auch direkt an der Innenwand und/der dem Innenverkleidungspaneel angeordnet und/oder befestigt sein, beispielsweise durch Abscheiden von Leiterbahnen auf die jeweiligen Oberflächen. Die Innenwand/das Innenverkleidungspaneel kann somit zugleich als Träger für direkt aufgebrachte elektrische Schaltkreise und/oder elektrische Komponenten dienen.
In einer Ausgestaltung weist das Kabinenwandelement ein Innenverkleidungspaneel einer Flugzeugkabine auf, das an einer Außenseite der Innenwand angeordnet ist. Insbesondere können Innenwand und Innenverkleidungspaneel miteinander und/oder mit einer Funktionsschicht kombiniert werden, wobei die Funktionsschicht zwischen Innenwand und Innenverkleidungspaneel angeordnet wird. Das Innenverkleidungspaneel und/oder die Funktionsschicht können gesondert von dem Kabinenwandelement montiert werden. Hierzu kann beispielsweise die Funktionsschicht an dem Innenverkleidungspaneel und das Innenverkleidungspaneel nach Montage des Kabinenwandelements an den Spanten befestigt werden. Eine Integration der Funktionsschicht und/oder des Innenverkleidungspaneels mit der Innenwand zu einem vorgefertigten Bauelement kann die Montage vereinfachen. Es versteht sich, dass die Funktionsschicht insbesondere zwischen Innenwand und Innenverkleidungspaneel angeordnet sein kann. Zusätzlich zur vereinfachten Montage können die Funktionen der einzelnen Elemente optimal aufeinander abgestimmt werden, insbesondere hinsichtlich der thermischen und akustischen Isolationseigenschaften. Das Innenverkleidungspaneel kann auch Träger weiterer Schallreduktionsmaßnahmen sein. Beispielsweise kann ein schallabsorbierendes Material, ein Resonanzabsorber und/oder ein Membran-Metamaterial in das Innenverkleidungspaneel integriert sein.
In einer Ausgestaltung weist das Kabinenwandelement eine Durchgangsöffnung für ein Flugzeugkabinenfenster auf sowie in dem Luftführungskanal zwischen Innenwand und Außenwand verlaufende Luftleitelemente, die dazu ausgebildet sind, die Luftströmung um die Durchgangsöffnung herumzuführen. Die Luftleitelemente können etwa senkrecht zur Außenwand und zur Innenwand angeordnet sein. Die Luftleitelemente vermeiden Verwirbelungen um die Flugzeugkabinenfenster herum und tragen somit zu einer gleichmäßigen Luftströmung und zu einem optimalen Feuchtigkeitsabtransport bei. Zugleich können die Luftleitelemente eine Stützwirkung auf Innenwand und Außenwand ausüben und diese in einem optimalen Abstand voneinander halten. Die Luftleitelemente können insbesondere aus einem porösen und/oder elastischen Material bestehen, um eine Übertragung von Körperschall zu vermeiden. Hierzu kann auch eine lediglich punktweise Verbindung zwischen der Luftleitelementen und der Außenwand und/oder der Innenwand beitragen. Zudem können akustisch wirksame Materialien, etwas mikroperforierte Absorber, in die Luftleitelemente integriert werden.
In einer Ausgestaltung ist ein Membran-Metamaterial in dem Luftführungskanal angeordnet und/oder in die Innenwand integriert und/oder in die Außenwand integriert. Ein Membran-Metamaterial weist mindestens eine elastische Membran mit einer an der elastischen Membran befestigte Masse auf. Masse und Membran bilden ein schwingungsfähiges System. Die Größe der Masse und die Elastizität der Membran bestimmen das Frequenzverhalten, insbesondere eine Resonanzfrequenz des Membran-Metamaterials. Diese Resonanzfrequenz kann insbesondere in einem relativ niederfrequenten Bereich (z.B. unterhalb von 700 Hertz) liegen. Die Resonanzfrequenz kann auf die besonders störenden Frequenzen, beispielsweise eines Triebwerks, abgestimmt werden, sodass entsprechende Schallwellen wirksam reflektiert und vom Innenraum der Kabine ferngehalten werden. Das Membran-Metamaterial kann eine Vielzahl von Membran-Masse-Systemen aufweisen, insbesondere in einer gitterförmigen Anordnung. Hierfür kann eine gesonderte Trägerplatte verwendet werden, die Öffnungen aufweist, in denen die Membran-Masse-Systeme angeordnet sind. Eine solche gesonderte Trägerplatte kann insbesondere innerhalb des Luftführungskanals, also zwischen Innenwand und Außenwand, eingesetzt werden, ohne die Luftströmung wesentlich zu behindern. Ebenfalls möglich ist eine Integration des Membran-Metamaterials in die Innenwand oder Außenwand, die hierzu insbesondere mit einer entsprechenden Gitterstruktur versehen werden kann. Die Massen der Membran-Metamaterialien können ein Loch aufweisen, das sich auch durch die Membran hindurch erstreckt. Dies bietet weitere Möglichkeiten zur Abstimmung der Resonanzfrequenz. Die genannten Varianten zur Anordnung der Membran-Metamaterialien können auch miteinander kombiniert werden. Es können somit mehrere Lagen von Membran-Metamaterialien mit gleicher oder unterschiedlicher Frequenzabstimmung miteinander kombiniert werden.
In einer Ausgestaltung ist in dem Luftführungskanal ein flächiges, schallabsorbierendes Material angeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Lochplatte, eine Schlitzplatte oder eine mikroperforierte Platte oder eine mikroperforierte Membran handeln. Das flächige, schallabsorbierende Material kann in einem Abstand und parallel zur Innenwand/zur Außenwand, parallel zu einer Seitenwand oder auch schräg dazu angeordnet werden. Die Ebene des Materials verläuft insbesondere in Strömungsrichtung, um die Luftströmung nicht zu behindern. Das flächige, schallabsorbierende Material kann auch in einer gekrümmten Fläche angeordnet werden. Die Absorptionsfrequenz des flächigen, schallabsorbierenden Materials kann insbesondere auf eine Doppelwandresonanzfrequenz (Innenwand und Außenwand bzw. die außerhalb davon angrenzenden Strukturen bilden eine Doppelwand) abgestimmt werden. Es können mehrere flächige, schallabsorbierende Materialien in dem Luftführungskanal kombiniert werden, sowohl in paralleler Anordnung als auch in unterschiedlichen Richtungen. Falls mehrere flächige, schallabsorbierende Materialien eingesetzt werden, können diese insbesondere unterschiedliche Absorptionsfrequenzen aufweisen. Bei den genannten Ausgestaltungen wird der für die Luftführung benötigte Raum zusätzlich für eine sehr wirksame akustische Isolation ausgenutzt.
In einer Ausgestaltung weisen die Außenwand und/oder die Innenwand und/oder die Seitenwände ein Aerogel-Material auf. Das Aerogel-Material kann auch für die genannten, zusätzlichen Trägerplatten und/oder Funktionsschichten verwendet werden. Insbesondere kann ein faseriges Aerogel-Material verwendet werden. Ebenfalls verwendbar sind feste oder schaumartige Aerogel-Materialien. Aerogel-Materialien zeichnen sich durch eine extrem geringe spezifische Dichte aus. Sie weisen hervorragende thermische Isolationseigenschaften auf und können auch zur akustischen Isolation beitragen. Hinzu kommen eine hohe Feuerfestigkeit, Nichtbrennbarkeit und ein hydrophobes Verhalten, was Feuchtigkeitsproblemen zusätzlich entgegenwirkt.
In einer Ausgestaltung weist die Außenwand und/oder die Innenwand mindestens zwei Schichten aus unterschiedlichen schallabsorbierenden Materialien auf. Beispielsweise kann eine erste Schicht ein poröses Absorbermaterial und eine zweite Schicht ein mikroperforiertes Absorbermaterial oder ein Absorbervlies aufweisen. Die unterschiedlichen Materialien können aufeinander abgestimmte Strömungswiderstände aufweisen und dadurch in ihrer akustischen Impedanz aufeinander abgestimmt werden. Dadurch kann eine besonders hohe Absorptionswirkung für unterschiedliche Frequenzbereiche erzielt werden.
In einer Ausgestaltung weist das Kabinenwandelement mindestens einen Helmholtz-Resonanzabsorber auf, der mit dem Luftführungskanal verbunden ist. Auch durch diese Maßnahme ist eine Verbesserung der akustischen Isolationseigenschaften des Kabinenwandelements möglich. Insbesondere kann eine Vielzahl von Helmholtz-Resonanzabsorbern als parallel zur Außenwand des Kabinenwandelements angeordnete Schicht in das Kabinenwandelement integriert werden. Dabei können Helmholtz-Resonanzabsorber mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen zum Einsatz kommen, um ein breites Frequenzspektrum zu bedämpfen.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Flugzeugkabine mit einem Belüftungssystem und mindestens einem Kabinenwandelement nach einem der vorstehend erläuterten Ansprüche, wobei das Belüftungssystem dazu ausgebildet ist, einen Luftstrom zur erzeugen, der durch den Luftführungskanal geführt wird. Das Belüftungssystem kann ein Mischluftversorgungssystem sein, bei dem Quellluft mit Kabinenluft gemischt und der Flugzeugkabine wieder zugeführt wird. In diesem Fall kann die Mischluft durch den Luftführungskanal geführt werden. Alternativ kann das Belüftungssystem ein Quellluftversorgungssystem sein. In diesem Fall kann grundsätzlich auch Quellluft durch den Luftführungskanal geführt werden. Alternativ ist daran gedacht, die Flugzeugkabine über Lufteinlässe im Boden der Flugzeugkabine mit Quellluft zu versorgen und die Kabinenluft im Bereich einer Decke der Kabine abzusaugen. In diesem Fall kann insbesondere die im Bereich der Decke abgesaugte Kabinenluft durch den Luftführungskanal abgesaugt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 Teile einer Flugzeugkabine mit mehreren Kabinenwandelementen in einer vereinfachten, perspektivischen Darstellung im Querschnitt,
2 ein Kabinenwandelement im Querschnitt,
3 ein anderes Kabinenwandelement mit einem zu öffnenden Deckel im Querschnitt,
4 ein Membran-Metamaterial in einer schematischen, perspektivischen Darstellung,
5 ein weiteres Kabinenwandelement mit einem Membran-Metamaterial und Helmholtz-Resonanzabsorbern im Querschnitt,
6 ein weiteres Kabinenwandelement mit mikroperforierten Absorbern und Helmholtz-Resonanzabsorbern im Querschnitt,
7 ein weiteres Kabinenwandelement mit einem Membran-Metamaterial und impedanzangepassten Absorberschichten im Querschnitt,
8 zwei miteinander verbundene Kabinenwandelemente im Längsschnitt,
9 zwei weitere miteinander verbundene Kabinenwandelemente mit einer anderen Geometrie im Verbindungsbereich, ebenfalls im Längsschnitt
10 zwei weitere miteinander verbundene Kabinenwandelemente mit Federn als Verbindungsmittel, ebenfalls im Längsschnitt,
11 zwei weitere, miteinander verbundene Kabinenwandelemente mit einer Magnetverbindung im Längsschnitt,
12 im oberen Teil der Figur zwei Kabinenwandelemente in einem Längsschnitt und im unteren Teil der Figur im Querschnitt,
13 einen Querschnitt durch eine Flugzeugkabine, im linken Teil mit einer Quellluft-, im rechten Teil mit einer Mischluftversorgung.
Die Schnittebenen der 2, 3 und 5 bis 7 verlaufen in einer bezogen auf den röhrenförmigen Flugzeugrumpf radialen Ebene. Die Schnittebenen der 8 bis 11 verlaufen in Längsrichtung der dargestellten Kabinenwandelemente, entsprechend einer Querschnittsebene durch den Flugzeugrumpf. Die Schnittebene des oberen Teils der 12 verläuft in gleichmäßigem Abstand von einer Flugzeugaußenhaut.
Für alle Ausführungsbeispiele werden für sich entsprechende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Elemente, die in mehreren Ausführungsbeispielen verwendet und mit denselben Bezugszeichen versehen sind, werden gegebenenfalls nur einmal erläutert. Soweit die Figuren in runde Klammern gesetzte Bezugszeichen enthalten, werden diese in der nachfolgenden Beschreibung nicht verwendet.
Der in 1 dargestellte Ausschnitt einer Flugzeugkabine weist einen Kabinenboden 10, eine Kabinendecke 12 und zwei seitliche Kabinenwände 14 auf. In einer der seitlichen Kabinenwände 14 sind acht Flugzeugkabinenfenster 16 zu erkennen. Die seitlichen Kabinenwände 14 entsprechen der zylindermantelförmigen Geometrie einer nicht dargestellten Primärstruktur des Flugzeugrumpfs. Sie bestehen aus einer Vielzahl erfindungsgemäßer Kabinenwandelemente, die in der 1 nicht im Einzelnen dargestellt sind. Die Pfeile veranschaulichen eine Luftströmung, die von einem Belüftungssystem erzeugt wird. Die Luft wird im dargestellten Beispiel durch eine Zufuhrleitung 18 zugeführt und durch eine Vielzahl von Luftverteilern 20, die an die Zufuhrleitung 18 angeschlossen sind, in innerhalb der Kabinenwandelemente angeordnete Luftführungskanäle 22 geleitet. Die in der seitlichen Kabinenwand 14 eingezeichneten Pfeile veranschaulichen jeweils die Luftströmung innerhalb eines in der 1 nicht im Einzelnen dargestellten Luftführungskanals 22. In einem oberen Bereich der seitlichen Kabinenwand 14 und im Bereich der Kabinendecke 12 tritt die durch die Luftführungskanäle 22 geleitete Luft wieder aus und wird in den Innenraum der Flugzeugkabine geleitet.
2 zeigt ein einzelnes Kabinenwandelement im Querschnitt, das zwischen zwei parallel und in einem Abstand voneinander angeordneten Spanten 24 eines Flugzeugrumpfs angeordnet ist. Zur Primärstruktur des Flugzeugrumpfs zählt außerdem eine Außenhaut 26, die mit den Spanten 24 verbunden ist.
Das Kabinenwandelement weist eine Außenwand 28, eine Innenwand 30 und zwei Seitenwände 32 auf, die die Innenwand 28 und die Außenwand 30 miteinander verbinden. Zwischen den genannten vier Wänden 28, 30, 32 befindet sich der Luftführungskanal 22, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Der Luftführungskanal 22 ist zur Führung einer Luftströmung senkrecht zur Zeichenebene ausgebildet. Der Luftführungskanal 22 erstreckt sich über eine senkrecht zur Zeichenebene angeordnete Fläche, die maßgeblich von einer Breite 106 des Luftführungskanals 22 zwischen den beiden Seitenwänden 32 bestimmt wird. Betrachtet man das Kabinenwandelement in einem (nicht dargestellten) Längsschnitt, entspricht die Größe dieser Fläche bis auf die im Längsschnitt von den Seitenwänden 32 eingenommenen Flächen der Fläche des Flugzeugrumpfabschnitts, der von dem Kabinenwandelement belegt ist.
Die Seitenwände 32 liegen flächig an den Spanten 24 an, sodass sie Spant-Schwingungen wirksam bedämpfen.
Die Außenwand 28 umfasst eine Schicht einer Primärisolation 78, die eine thermische und akustische Isolation bewirkt. Durch Verwendung von Fasermaterialien für die Primärisolation 78, beispielsweise Glaswolle oder Aerogel-Wolle, ist sie ausreichend weich, um Körperschallbrücken zu vermeiden. Außerdem ist in die Außenwand 28 ein Membran-Metamaterial 34 integriert, das als Trägerstruktur einen Gitterrahmen 36 aufweist. Jede Öffnung des Gitterrahmens 36 ist von einer Membran 38 abgedeckt, in deren Mitte eine Masse befestigt ist, die gemeinsam mit der Membran 38 ein schwingungsfähiges System bildet. Beispielhaft zeigt die 2 eine Masse 40 ohne Loch sowie zwei unterschiedlich große Massen 42, in deren Mitte ein Loch angeordnet ist, das durch die Membran 38 hindurchtritt. Die elastischen Eigenschaften der Membranen 38 und deren Vorspannung sowie die Größen der Massen 40, 42 und gegebenenfalls die Abmessungen der enthaltenen Löcher bestimmen die Schwingungseigenschaften des Systems, so dass insbesondere die Resonanzfrequenzen gezielt beeinflusst werden können.
In die Innenwand 30 ist ebenfalls ein Membran-Metamaterial 34 integriert, das genauso aufgebaut ist, wie das Membran-Metamaterial 34 der Außenwand 28. Gegebenenfalls kann es auf andere Frequenzen abgestimmt sein, um eine optimale akustische Isolation zu bewirken.
Im dargestellten Beispiel weist die Außenwand 28 außerdem eine druckfeste Folie 44 auf, die zwischen der außen angeordneten Primärisolation 78 aus Fasermaterial und dem Membran-Metamaterial 34 angeordnet ist und als Dampfsperre wirkt.
Im Inneren des Luftführungskanals 22 sind zur Schallabsorption vier mikroperforierte Absorber angeordnet. Der mikroperforierte Absorber 46 verläuft parallel und in einem Abstand von der Außenwand 28 und der Innenwand 30 und erstreckt sich von einer Seitenwand 32 bis zur gegenüberliegenden Seitenwand 32. Die beiden mikroperforierten Absorber 48 verlaufen parallel und in einem Abstand von den beiden Seitenwänden 32 und erstrecken sich jeweils von der Außenwand 28 bis zur Innenwand 30. Der mikroperforierte Absorber 50 erstreckt sich ebenfalls von einer Seitenwand 32 zur gegenüberliegenden Seitenwand 32, ist in der dargestellten Querschnittsebene jedoch gekrümmt.
Alle mikroperforierten Absorber 46, 48, 50 erstrecken sich senkrecht zur Zeichenebene über die gesamte Länge des Kabinenwandelements oder über einen Teil davon und stehen damit senkrecht zur Richtung einer Luftströmung in dem Luftführungskanal 22, sodass die Luftströmung durch die mikroperforierten Absorber 46, 48, 50 nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Wie durch die unterschiedlichen Durchbrechungen und Stärken der die mikroperforierten Absorber 46, 48, 50 darstellenden Linien veranschaulicht, unterscheiden sich die mikroperforierten Absorber 46, 48, 50 hinsichtlich ihrer Lochgrößen, Lochtiefen, Lochdichten, Abständen von schallreflektierenden Wänden und/oder Materialeigenschaften, sodass sie gezielt Schallwellen unterschiedlicher Frequenzbereiche absorbieren.
Die Innenwand 30 und die Seitenwände 32 schließen an ihren von der Außenwand 28 entfernten Endflächen etwa bündig mit den von der Außenhaut 26 entfernten, flanschartig abgewinkelten Endkanten 106 der Spanten 24 ab. An diesen Endkanten 106 der Spanten 24 ist über elastische Elemente 52 ein Innenverkleidungspaneel 54 befestigt. In dem Innenverkleidungspaneel 54 ist ebenfalls eine druckfeste Folie 44 angeordnet. Zwischen dem Innenverkleidungspaneel 54 und der Innenwand 30 des Kabinenwandelements befindet sich eine Funktionsschicht 56, in der nicht dargestellte elektrische Komponenten untergebracht sind. Außerdem bewirkt die Funktionsschicht 56, die zum Beispiel aus einem Fasermaterial oder aus einem sehr weichen Schaummaterial wie einem Aerogel-Material bestehen kann, eine Entkopplung des Innenverkleidungspaneels 54 von dem Kabinenwandelement. Zwischen der Funktionsschicht 56 und der Innenwand 30 ist eine weitere druckfeste Folie 44 angeordnet.
Das Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet sich von demjenigen der 2 einerseits durch eine teils abweichende Anordnung der mikroperforierten Absorber. Auf parallel zu den Seitenwänden 32 angeordnete, mikroperforierte Absorber wurde verzichtet. Dafür gibt es einen weiteren, von einer Seitenwand 32 zur gegenüberliegenden Seitenwand 32 erstreckten, mikroperforierten Absorber 58, der schräg zur Innenwand 30 angeordnet ist.
Außerdem ist abweichend von der 2 ein Großteil der Innenwand 30 als mit den Seitenwänden 32 bzw. mit verbleibenden Abschnitten der Innenwand 30 verbindbarer Deckel 60 ausgebildet. Der Deckel 60 ist an seinen beiden Längskanten von jeweils einer Befestigungseinrichtung 62 gehalten, die an einer Stirnseite eine Schrägfläche aufweist, die mit einer Dichtung versehen ist, die den Deckel 60 gegenüber den komplementär geformten Abschnitten der Innenwände 30 luftdicht verschließt.
4 zeigt die anhand der 2 bereits erläuterten Membran-Metamaterialien 34 mit Gitterrahmen 36, Membranen 38 und Massen 40. Im rechten Teil der 4 vergrößert sind beispielhaft eine Masse mit Loch 42 und eine Masse ohne Loch 40 dargestellt. Einige Felder des Gitterrahmens 36 sind zur Veranschaulichung noch ohne Membran 38 dargestellt. Dort erkennt man besonders gut die rechteckigen Durchgangsöffnungen des Gitterrahmens 36. Die Membranen 38 sind elastisch und können, gegebenenfalls auch nach dem Anbringen an dem Gitterrahmen 36, gespannt werden, beispielsweise durch Tempern oder Aufbringen eines Spannlacks. Der Gitterrahmen 36 kann beispielsweise aus einem Kunststoff bestehen, etwa aus demselben Kunststoff, der auch für die Innenverkleidungspaneele 54 verwendet wird. Eine Alternative besteht in der Verwendung eines Aerogel-Materials, das besonders leicht ist.
Unterhalb des Gitterrahmens 36 zeigt die 4 eine optional verwendbare, druckfeste Folie 44. Diese kann insbesondere sinnvoll sein, wenn die Membranen 38 eine Masse 42 mit Loch aufweisen und damit luftdurchlässig sind.
5 zeigt ein weiteres Kabinenwandelement, bei dem ein Membran-Metamaterial 34 mit zwei parallel angeordneten Lagen Anwendung findet. Das Membran-Metamaterial weist einen Gitterrahmen 36 auf, der eine eigenständige Tragstruktur für das Membran-Metamaterial 34 bildet und zwischen Innenwand 30 und Außenwand 28 und parallel zu diesen beiden Wänden den Luftführungskanal 22 durchmisst.
Zwischen dem Membran-Metamaterial 34 und der Außenwand 28 ist eine Schicht von Helmholtz-Resonanzabsorbern 64 angeordnet, die – wie durch ihre unterschiedlichen Größen veranschaulicht – auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmt sind. Zur Ausbildung der Helmholtz-Resonanzabsorber 64 können unterschiedliche Materialien zum Einsatz kommen, insbesondere Kunststoffplatten, wie sie auch für die Innenverkleidungspaneele 54 verwendet werden können, aber auch Aerogel-Materialien, insbesondere als Schaum oder in fester Form mit einer Porenabdichtung außerhalb der Löcher der Helmholtz-Resonanzabsorber 64.
6 zeigt ein weiteres Beispiel eines Kabinenwandelements, bei dem eine Schicht mit Helmholtz-Resonanzabsorbern 64 mit drei parallel zueinander und parallel und einem Abstand von der Innenwand 30 angeordneten, mikroperforierten Absorbern 46 zum Einsatz kommt. Auf Membran-Metamaterialien 34 wurde in diesem Beispiel verzichtet. Für eine breitbandige Absorption sind die mikroperforierten Absorber 46 jeweils auf einen anderen Frequenzbereich abgestimmt.
Das Ausführungsbeispiel der 7 entspricht hinsichtlich der Verwendung eines zweilagigen Membran-Metamaterials 34 dem Ausführungsbeispiel der 5. An Stelle der dort gezeigten Helmholtz-Resonanzabsorber 64 werden jedoch mehrere, miteinander kombinierte Absorberschichten, die sich in ihren akustischen Eigenschaften voneinander unterscheiden, verwendet. Wie am besten in der rechts unten dargestellten Ausschnittsvergrößerung erkennbar, umfassen diese Schichten, die zwischen der Primärisolation 78 und dem Membran-Metamaterial 34 angeordnet und die Außenwand 28 bilden, insgesamt neun Schichten. Von außen nach innen folgen ein erstes poröses Absorbermaterial 66, ein erstes mikroperforiertes Absorbermaterial 68, ein zweites poröses Absorbermaterial 70, ein drittes poröses Absorbermaterial 72, ein zweites mikroperforiertes Absorbermaterial 74, eine weitere Schicht des dritten porösen Absorbermaterials 72, eine weitere Schicht des zweiten porösen Absorbermaterials 70, ein drittes mikroperforiertes Absorbermaterial 76 und eine weitere Schicht des ersten porösen Absorbermaterials 66 aufeinander.
In der 8 ist ein Längsschnitt gezeigt, in dem zwei aneinandergereihte Kabinenwandelemente einen durchgehenden Luftführungskanal 22 ausbilden. In dem Luftführungskanal 22 sind zwei mikroperforierte Absorber 46 angeordnet.
Jedes der beiden Kabinenwandelemente hat darüber hinaus eine Außenwand 28 und eine Innenwand 30, die im Beispiel beide aus einem Membran-Metamaterial 34 bestehen. Zwischen der Außenwand 28 und der Außenhaut 26 des Flugzeugrumpfs ist eine Primärisolation 78 angeordnet, die im Beispiel getrennt von den Kabinenwandelementen durchgängig verarbeitet ist.
Ein unterer Verbindungsabschnitt 80 des oberen Kabinenwandelements und ein oberer Verbindungsabschnitt 82 des unteren Kabinenwandelements sind komplementär zueinander geformt, wobei sich der untere Verbindungsabschnitt 80 zum unteren Ende des Kabinenwandelements hin verjüngt. Beide Verbindungsabschnitte 80, 82 bestehen aus einem elastischen Material. Zwischen den beiden Verbindungsabschnitten 80, 82 ist eine Dichtung 84 angeordnet, die im Querschnitt ganz um den Luftführungskanal 22 umläuft, also auch in den in der 8 nicht gezeigten Seitenwänden 32 angeordnet ist. Diese sind ebenfalls mit Verbindungsabschnitten 80, 82 versehen.
Das untere Ende des unteren Kabinenwandelements und das obere Ende des oberen Kabinenwandelements sind in der 8 nicht dargestellt. Gegebenenfalls können diese weitere Verbindungsabschnitte 80, 82 aufweisen, sodass eine Vielzahl gleichartiger Kabinenwandelemente aneinandergereiht werden können.
Ganz links in der 8 sind zwei Innenverkleidungspaneele 54 dargestellt, zwischen denen ein von einer Schlitzabdeckung 86 abgedeckter Schlitz ausgebildet ist. Zwischen den Innenverkleidungspaneelen 54 und den Innenwänden 30 der Kabinenwandelemente ist eine Funktionsschicht 56 angeordnet. Befestigungselemente 88, die die Innenverkleidungspaneele 54 an den Innenwänden 30 der Kabinenwandelemente und/oder an den in der 8 nicht dargestellten Spanten 24 des Flugzeugrumpfs befestigen, sind ebenfalls eingezeichnet.
Ebenfalls in 8 dargestellt sind als gestrichelte Linien angedeutete Federelemente 90, die die aneinander anliegenden Verbindungsabschnitte 80, 82 der miteinander verbundenen Wandelemente aneinanderpressen, um einen dauerhaften Halt und eine luftdichte Verbindung im Bereich der Dichtung 84 zu erreichen.
Das Ausführungsbeispiel der 9 unterscheidet sich von demjenigen der 8 im Wesentlichen nur durch die Geometrie der Verbindungsabschnitte 80, 82. Diese weisen nunmehr keine komplementär geformten, aneinander angrenzenden Schrägflächen auf, sondern komplementär geformte Stufen. Im linken Teil der 9 ist dargestellt, dass die beiden Stufen der Verbindungsabschnitte 80, 82 in ihren Ecken jeweils eine Dichtung 84 aufweisen können. Im rechten Teil der 9 werden diese Dichtungen durch im Querschnitt halbkreisförmige Ausnehmungen an den Ecken der Stufen und in diese eingreifende, an den Vorderkanten der Stufen ausgebildete Wulste 72 ersetzt. Auf diese Weise kann ebenfalls besonders einfach eine ausreichende Dichtung hergestellt werden.
10 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 8 ebenfalls nur durch die Ausgestaltung der Verbindungsmittel zwischen den Kabinenwandelementen. Hier greifen die Wandelemente nicht ineinander, sondern enden jeweils in einer rechteckig-ringförmigen Stirnfläche. Die Federelemente 90, die die beiden Kabinenwandelemente verbinden, liegen jedoch nicht nur an Innen- und Außenseite der Verbindungsabschnitte 80, 82 an, sondern sind im Querschnitt H-förmig ausgebildet, wobei die Verbindungsabschnitte 80, 82 jeweils in eine Öffnung des Hs eingesetzt und gegenüber den Schenkeln des Hs mit mehreren Dichtungen 84 abgedichtet sind.
11 zeigt eine weitere Variante von Verbindungsmitteln zwischen den Kabinenwandelementen. Hier ist eine luftdichte Steckverbindung zwischen den Kabinenwandelementen hergestellt, die ebenfalls elastische Verbindungsabschnitte 80, 82 aufweist, die an ihren rechteckig-ringförmig ausgebildeten Stirnflächen stumpf aneinanderstoßen. An den Innenseiten wird die Steckverbindung durch Stützelemente 94, die den Stoßbereich überdecken, stabilisiert. Diese Stützelemente 94 können lediglich an einem der beiden Kabinenwandelemente befestigt sein und in den anderen eingesteckt werden.
An den Außenseiten der Verbindungsabschnitte 80, 82 sind einander gegenüberliegend spezielle Magnetbefestigungen befestigt. Diese bestehen jeweils aus einem Magnetband 96, das von einem elastischen Dichtmaterial 98 umgeben ist. Auf diese Weise wird eine luftdichte Verbindung insbesondere an den Außenseiten der Außenwände 28, Innenwände 30 und Seitenwände 32 hergestellt.
12 zeigt im oberen Teil zwei nebeneinander angeordnete Kabinenwandelemente mit einer parallel zur Außenhaut 26 eines Flugzeugrumpfs verlaufenden Schnittebene, die durch die von den beiden Kabinenwandelementen gebildeten Luftführungskanäle 22 hindurch verläuft. Man erkennt, dass die Kabinenwandelemente jeweils im Bereich eines Flugzeugkabinenfensters 16 angeordnet sind. Um die Luftströmung ohne störende Verwirbelungen an den die Kabinenwandelemente vollständig durchdringenden Flugzeugkabinenfenstern 16 vorbeizuführen, gibt es in der Strömungsrichtung sowohl vor als auch hinter den Flugzeugkabinenfenstern 16 spezielle Luftleitelemente 100. Die Luftleitelemente 100 sind streifenförmig ausgebildet und senkrecht zur dargestellten Schnittebene ausgerichtet. Unterhalb und oberhalb der Flugzeugkabinenfenster treffen jeweils zwei Luftleitelemente 100 zusammen, die an ihren anderen Enden mit einer aerodynamisch günstigen Krümmung in die seitlichen Begrenzungsflächen der Flugzeugkabinenfenster 16 übergehen.
An ihren unteren und oberen Enden münden die Kabinenwandelemente jeweils in einen Anschlussflansch 102, an den bei Bedarf weitere Kabinenwandelemente angeschlossen werden können, beispielsweise wie zu den 8 bis 11 erläutert. Alternativ kann dort eine Verbindung mit einem Luftverteiler 20 hergestellt werden. In dem zwischen den beiden Kabinenwandelementen eingezeichneten Freiraum, der sich über die gesamte Höhe der Kabinenwandelemente erstreckt, befindet sich ein in 12 nicht dargestellter Spant 24, ebenso ganz rechts und ganz links in der 12.
Im unteren Teil der 12 ist ergänzend ein Querschnitt durch die Kabinenwandelemente dargestellt. Man erkennt insbesondere die Anordnung der Flugzeugkabinenfenster 16 und dass diese sowohl die Außenwände 28 und die Primärisolation 78 als auch die Innenwände 30 und die Innenverkleidungspaneele 54 durchdringen. Ebenfalls im Querschnitt erkennbar sind die Spanten 24 und die Außenhaut 26 der Primärstruktur.
Anhand der 13 sollen besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Kabinenwandelemente veranschaulicht werden. Im linken Teil des dargestellten Querschnitts ist eine Anwendung im Zusammenhang mit einem Belüftungssystem gezeigt, das eine Quellluftversorgung der Kabine ermöglicht. Die Quellluft wird durch die Zufuhrleitung 18 in ein im Kabinenboden 10 angeordnetes Luftverteilsystem geleitet und strömt von unten nach oben durch die Kabine. Im oberen Bereich der Kabine sowie im Bereich der Kabinendecke 12 wird die Kabinenluft abgesaugt, durch die Luftführungskanäle 22 der Kabinenwandelemente geleitet und über eine Absaugleitung 104 aus der Kabine entfernt.
Im rechten Teil der 13 ist eine Alternative mit konventioneller Mischluftversorgung dargestellt. Hier gelangt Frischluft über die Zufuhrleitung 18 und die Luftführungskanäle 22 in Auslässe im oberen Bereich der Kabine und im Bereich der Kabinendecke 12. Die Kabinenluft wird dann über spezielle Paneele im Bereich des Kabinenbodens 12 aus der Kabine entfernt und anteilig der zugeführten Luft beigemischt.
Bezugszeichenliste

10: Kabinenboden
12: Kabinendecke
14: seitliche Kabinenwand
16: Flugzeugkabinenfenster
18: Zufuhrleitung
20: Luftverteiler
22: Luftführungskanal
24: Spant
26: Außenhaut
28: Außenwand
30: Innenwand
32: Seitenwand
34: Membran-Metamaterial
36: Gitterrahmen
38: Membran
40: Masse ohne Loch
42: Masse mit Loch
44: druckfeste Folie
46: mikroperforierter Absorber
48: mikroperforierter Absorber
50: mikroperforierter Absorber
52: elastisches Element
54: Innenverkleidungspaneel
56: Funktionsschicht
58: mikroperforierter Absorber
60: Deckel
62: Befestigungseinrichtung
64: Helmholtz-Resonanzabsorber
66: erstes poröses Absorbermaterial
68: erstes mikroperforiertes Absorbermaterial
70: zweites poröses Absorbermaterial
72: drittes poröses Absorbermaterial
74: zweites mikroperforiertes Absorbermaterial
76: drittes mikroperforiertes Absorbermaterial
78: Primärisolation
80: unterer Verbindungsabschnitt
82: oberer Verbindungsabschnitt
84: Dichtung
86: Schlitzabdeckung
88: Befestigungselement
90: Federelement
92: Wulst
94: Stützelement
96: Magnetband
98: elastisches Dichtungsmaterial
100: Luftleitelement
102: Anschlussflansch
104: Absaugleitung
106: Breite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008025389 B4 [0004]
DE 102010041181 A1 [0005]
DE 102010048998 A1 [0006]

Claims

Kabinenwandelement zur thermischen und akustischen Isolation eines zwischen zwei Spanten (24) eines Flugzeugrumpfs befindlichen Flugzeugrumpfabschnitts, wobei das Kabinenwandelement eine Außenwand (28), die ein thermisch und/oder akustisch isolierendes Material aufweist, eine Innenwand (30) und einen Luftführungskanal (22) aufweist, der zwischen der Außenwand (28) und der Innenwand (30) angeordnet ist, sich über einen Großteil einer Fläche des von dem Kabinenwandelement belegten Flugzeugrumpfabschnitts erstreckt und zur Führung einer Luftströmung in einer Längsrichtung des Kabinenwandelements ausgebildet ist.
Kabinenwandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabinenwandelement zwei entlang der Spanten (24) anzuordnende Seitenwände (32) aufweist, die die Innenwand (30) und die Außenwand (28) miteinander verbinden.
Kabinenwandelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der genannten Wände (28, 30, 32) eine vormontierte Einheit bilden, die als Ganzes zwischen den Spanten (24) montiert wird.
Kabinenwandelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (32) dazu ausgebildet sind, flächig an den Spanten (24) anzuliegen.
Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabinenwandelement Verbindungsmittel zur Verbindung mit den Spanten (24) und/oder mit dem Flugzeugrumpfabschnitt aufweist.
Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabinenwandelement an mindestens einem Ende Verbindungsmittel zur Verbindung mit einem weiteren Kabinenwandelement aufweist, so dass die Kabinenwandelemente unter Ausbildung eines fortlaufenden Luftführungskanals (22) aneinandergereiht werden können.
Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (30) oder ein Abschnitt der Innenwand (30) als mit den übrigen Wänden verbindbarer Deckel (60) ausgebildet ist.
Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer von dem Luftführungskanal (22) abgewandten Außenseite der Innenwand (30) eine Funktionsschicht (56) für elektrische Kabinensysteme angeordnet ist.
Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabinenwandelement ein Innenverkleidungspaneel (54) einer Flugzeugkabine aufweist, dass an einer Außenseite der Innenwand (30) angeordnet ist.
Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabinenwandelement eine Durchgangsöffnung für ein Flugzeugkabinenfenster (16) aufweist sowie in dem Luftführungskanal (22) zwischen Innenwand (30) und Außenwand (28) verlaufende Luftleitelemente (100), die dazu ausgebildet sind, die Luftströmung um die Durchgangsöffnung herumzuführen.
Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Membran-Metamaterial (34) in dem Luftführungskanal (22) angeordnet und/oder in die Innenwand (30) integriert und/oder in die Außenwand (28) integriert ist.
Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luftführungskanal (22) ein flächiges, schallabsorbierendes Material angeordnet ist.
Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (28) und/oder die Innenwand (30) und/oder die Seitenwände (32) ein Aerogel-Material aufweisen.
Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (28) und/oder die Innenwand (30) mindestens zwei Schichten aus unterschiedlichen schallabsorbierenden Materialien aufweisen.
Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabinenwandelement mindestens einen Helmholtz-Resonanzabsorber (64) aufweist, der mit dem Luftführungskanal verbunden ist.
Flugzeugkabine mit einem Belüftungssystem und mindestens einem Kabinenwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Belüftungssystem dazu ausgebildet ist, einen Luftstrom zu erzeugen, der durch den Luftführungskanal (22) geführt wird.