DE102017110333A1

DE102017110333A1 - Fluidtransportsystem für ein Luftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017110333A1
Application number: DE102017110333.3A
Authority: DE
Inventors: Jens Schult; Thomas Heuer
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2018-11-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fluidtransportsystem 10 für ein Luftfahrzeug, umfassend: einen Strömungskanal 12, eine kanalinnenseitig ausgebildete und von einem zu transportierenden Fluid 14 überströmbare Kanaloberfläche 16, und zumindest einen im Bereich der Kanaloberfläche 16 angeordneten Plasmaaktuator 18, wobei der Plasmaaktuator 18 dazu eingerichtet ist, in einem kanalseitigen Bereich 32 der Kanaloberfläche 16 ein Plasma zu bilden, das einen in das überströmende Fluid 14 gerichteten Impuls einkoppelt, um eine Strömungsablösung 28 des Fluides 14 von der Kanaloberfläche 16 zu mindern.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Fluidtransportsystem für ein Luftfahrzeug, insbesondere betrifft die Erfindung ein Klimarohr oder ein Hydraulikrohr für ein Luftfahrzeug.
Hintergrund der Erfindung
In Verkehrsflugzeugen werden typischerweise zur Klimatisierung der Flugzeugkabine sogenannte luftgestützte Klimaanlagen eingesetzt. Eine Flugzeugklimaanlage dient in der Regel der Kühlung der Flugzeugkabine und beispielsweise Frachträumen, die sonst durch Wärmelasten, wie z. B. Sonneneinstrahlung, Körperwärme der Passagiere und Abwärme von an Bord des Flugzeugs vorhandenen Geräten zu stark erwärmt werden würden. Darüber hinaus versorgt die Flugzeugklimaanlage die Flugzeugkabine mit ausreichend Frischluft, um sicherzustellen, dass in der Flugzeugkabine ein vorgeschriebener Mindestanteil an Sauerstoff vorhanden ist.
Luftgestützte Flugzeugklimaanlagen umfassen in der Regel ein Klimaaggregat, dem beispielsweise von den Triebwerken des Flugzeugs verdichtete Prozessluft zugeführt wird. Aus dem Klimaaggregat einer Flugzeugklimaanlage austretende, gekühlte Prozessluft wird nachfolgend in eine Mischkammer geleitet und dort mit aus einem zu kühlenden Flugzeugbereich, beispielsweise einer Flugzeugkabine, abgeführter Rezirkulationsluft gemischt. Die Mischluft aus der Mischkammer wird über entsprechende Mischluftleitungen in den in verschiedene Klimazonen unterteilten zu kühlenden Flugzeugbereich geleitet. Falls erforderlich, wird den Mischluftleitungen stromabwärts der Mischkammer heiße Luft, sogenannte Trim Air, über Trimair-Leitungen zugeführt, die von der dem Klimaaggregat zugeführten Prozessluft abgezweigt wird. Die dem Klimaaggregat zugeführte Prozessluft und folglich auch die abgezweigte Trim Air kann beispielsweise Temperaturen von ca. 200°C annehmen. Für bestimmte Flugzeugumgebungsbedingungen kann jedoch auch eine höhere oder tiefere Prozesslufttemperatur am Eingang des Klimaaggregats vorgesehen werden.
Die vorbeschriebenen Mischluftleitungen, Trimair-Leitungen aber auch weitere, vielfach in Flugzeugen vorgesehene Luftversorgungsleitungen bilden jeweils Fluidtransportsysteme zur Erfüllung unterschiedlicher Funktionen im Luftfahrzeug. Einerseits sollen Luftleitungen bzw. Klimarohre, in denen Mischluft transportiert wird, beispielsweise einen bestimmten Mischungsgrad der transportierten Luft beibehalten oder erhöhen, um möglichst homogene Temperaturverteilungen und/oder möglichst homogene Sauerstoffkonzentrationen zu erzielen, wenn die Mischluft beispielsweise in die Flugzeugkabine eingeleitet wird. Andererseits sind im Sinne einer verringerten Geräuschemission beim Lufttransport durch Versorgungsleitungen niedrige Turbulenzgrade bzw. geringe Turbulenz erstrebenswert. Hinzu kommt, dass der Turbulenzgrad der transportierten Strömung den Strömungswiderstand den das Klimarohr durch seine überströmte Innenoberfläche darstellt, mit beeinflusst. Ferner kann es in dem Luftverteilungssystem eines Luftfahrzeuges erwünscht sein, die Strömungsrichtung des durch ein Klimarohr oder auch ein Hydraulikrohr strömenden Fluides in eine vorbestimmte Richtung zu lenken.
Abhängig von der jeweiligen Funktion und/oder der jeweiligen Einsatzsituation kann es bei in Flugzeugen genutzten Fluidtransportsystemen, wie z.B. die vorbeschriebenen Klimarohre, erstrebenswert sein, die interne Strömung gezielt zu beeinflussen. Mit herkömmlichen Luftverteilungsrohren bzw. Fluidtransportsystemen ist dies nicht oder nur eingeschränkt möglich.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bekannte Fluidtransportsysteme derart zu verbessern, dass abhängig von der jeweiligen Funktion und/oder der jeweiligen Einsatzsituation des Fluidtransportsystems eine gezielte Beeinflussung der Strömung im Fluidtransportsystem möglich ist. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Fluidtransportsystem bereitzustellen, mit dem eine gezielte Beeinflussung der Strömungsrichtung des transportierten Fluides und/oder die Reduzierung des Strömungswiderstandes und/oder der akustischen Emissionen und/oder eine gezielte Beeinflussung des Turbulenzgrades der Durchströmung möglich sind.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Fluidtransportsystem für ein Luftfahrzeug, insbesondere durch ein Klimarohr oder ein Hydraulikrohr für ein Luftfahrzeug, umfassend: einen Strömungskanal mit einer kanalinnenseitig ausgebildeten und von einem zu transportierenden Fluid überströmbare Kanaloberfläche, und zumindest einen im Bereich der Kanaloberfläche angeordneten Plasmaaktuator, wobei der Plasmaaktuator dazu eingerichtet ist, in einem kanalseitigen Bereich der Kanaloberfläche ein Plasma zu bilden, das einen in das überströmende Fluid gerichteten Impuls einkoppelt, um eine Strömungsablösung des Fluides von der Kanaloberfläche zu mindern oder zu verstärken, und/oder um die Strömungsrichtung des Fluides im Strömungskanal zu beeinflussen.
Wenn der einkoppelte Impuls erfindungsgemäß die Strömungsablösung des Fluides von der Kanaloberfläche mindert, kann in vorteilhafter Weise eine homogenere Strömung im Strömungskanal erzeugt werden, deren Turbulenzgrad und akustische Emission verringert ist. Folglich lassen sich verbesserte akustische Verhältnisse erzielen (beispielsweise während des Bodenbetriebs des Flugzeuges mit abgeschalteten Haupttriebwerken aber grundsätzlich auch während des Fluges). Die erfindungsgemäßen Plasmaaktuatoren können erfindungsgemäß lärmmindernd auf das transportierte Fluid wirken. Darüber hinaus wird, wenn der einkoppelte Impuls die Strömungsablösung des Fluides von der Kanaloberfläche mindert, in vorteilhafter Weise der Strömungswiderstand im Strömungskanal reduziert. Die erfindungsgemäßen Plasmaaktuatoren wirken mithin erfindungsgemäß auch widerstandsreduzierend.
Wenn der einkoppelte Impuls erfindungsgemäß die Strömungsablösung des Fluides von der Kanaloberfläche verstärkt, kann in vorteilhafter Weise eine verbesserte Durchmischung des Fluides bewirkt werden. Die Plasmaaktuatoren wirken erfindungsgemäß demnach auch mischungsfördernd. Auf diese Weise kann in Strömungskanälen, in denen beispielsweise Mischluft transportiert wird, eine vergleichsweise homogene Temperaturverteilung und/oder eine vergleichsweise homogene Sauerstoffkonzentrationen erreicht werden. Dies kann für eine besonders gleichmäßige Frischluftversorgung vorteilhaft sein.
Wenn der einkoppelte Impuls erfindungsgemäß die Strömungsrichtung des Fluides im Strömungskanal beeinflusst, kann in vorteilhafter Weise die Fluidströmung von einer ersten Strömungsrichtung hin zu einer zweiten (von der ersten abweichenden) Strömungsrichtung beeinflusst bzw. gelenkt werden. Wenn das Fluidtransportsystem stromabwärts des Plasmaaktuators einen mit der zweiten Strömungsrichtung zusammenfallenden abzweigenden weiteren Strömungskanal aufweist, kann gewissermaßen eine „Stromweiche“ realisiert werden. In einem ersten (unbeeinflussten) Strömungszustand durchströmt das Fluid dann eine erste Strömungskanalabzweigung in der ersten Strömungsrichtung und in einem zweiten (durch den Plasmaaktuator und den eingekoppelten Impuls beeinflussten) Strömungszustand durchströmt das Fluid dann eine zweite Strömungskanalabzweigung. Auf diese Weise lassen sich Strömungsweichen realisieren, die ohne mechanische Elemente (wie Klappen oder Ventilelemente) auskommen. Mithin sind solche erfindungsgemäße Fluidtransportsysteme in vorteilhafterweise wartungsarm. Durch das Fehlen von mechanischen Elementen zur Strömungsbeeinflussung (und somit das Fehlen von zu bewegenden trägen Massen) kann die Schnelligkeit, mit der die Strömung beeinflusst wird, signifikant erhöht werden und somit das dynamische Verhalten der Strömungsbeeinflussung verbessert werden.
Die Nutzung von Plasmaaktuatoren zur Strömungssteuerung oder Strömungskontrolle, insbesondere ohne mechanisch bewegliche Teile, kann die Effizienz und die Zuverlässigkeit derartiger Systeme weiter erhöhen. Dies kann ferner zu Gewichtseinsparungen sowie Kostenreduzierungen beitragen. Das erfindungsgemäße Fluidtransportsystem ist in besonderem Maße dazu geeignet, bei Fluidverteilungssystemen mit geometrisch komplexen Kanal- bzw. Rohrverläufen eingesetzt zu werden. Solche komplexen Kanalverläufe sind durch geometrisch häufig wechselnde Richtungs- und Querschnittsveränderungen gekennzeichnet, die von geometrischen Randbedingungen herrühren, wie zum Beispiel Bauraumbeschränkungen oder kollidierende andere Einbauelemente. Durch das erfindungsgemäße Fluidtransportsystem kann dennoch eine effiziente Strömungsführung erzielt werden, die gleichzeitig widerstandsarm und leise ist und darüber hinaus eine gezielte Beeinflussung der Strömung (beispielsweise zur Strömungsumleitung durch eine Weichenfunktion) ermöglicht.
Die Erfindung betrifft in erster Linie als Klimarohre ausgebildete Fluidtransportsysteme kann sich jedoch grundsätzlich auch auf jedwede andere Fluidtransportsysteme wie zum Beispiel Hydraulikrohre, die zur Förderung von Hydraulikflüssigkeiten innerhalb eines Hydrauliksystems eines Flugzeuges genutzt werden, beziehen. Das erfindungsgemäße Fluidtransportsystem kann auch beispielsweise an Strömungseinlässen oder Strömungsauslässen und prinzipiell jeder flugzeuginternen Fluidströmungssteuereinrichtung vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Fluidtransportsystem kann Fluide (gasförmig oder flüssig) transportieren. Als gasförmiges Fluid kommen beispielsweise Frischluft, Zapfluft, Rezirkulationsluft, Trim-Luft, etc. in Betracht. Der Fluidtransport schließt ein Mischen der Fluide nicht aus. Im Sinne der Erfindung sind unter einem Rohr zumindest abschnittsweise Strömungskanäle zu verstehen. Unter einer Strömungsablösung wird im Rahmen der Erfindung der fluidmechanische Begriff einer Strömungsablösung verstanden, d.h. ein Strömungsgebiet, in dem das Fluid nicht mehr an der Kanalwand anliegt sondern aufgrund der Druckverhältnisse in der Strömung von dieser zumindest teilweise abgelöst ist. Dieses Strömungsgebiet wird teilweise auch „Totwassergebiet“ genannt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Plasmaaktuator zumindest abschnittsweise entlang des Innenumfangs des Strömungskanals angeordnet. Die Innenumfangsrichtung verläuft im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung im Strömungskanal. Durch eine vollinnenumfängliche Anordnung des Plasmaaktuators am Strömungskanal (also 360° des Strömungskanalumfangs), kann das die Kanaloberfläche überströmende Fluid in vorteilhafterweise gleichmäßig und (rotations-) symmetrisch von den Kanalwänden hin zur Kanalmitte beeinflusst werden.
Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform des Fluidtransportsystems, bei der der Plasmaaktuator im Bereich einer geometrischen Richtungsänderung eines Strömungskanalabschnitts, insbesondere im Bereich eines bogen- oder kurvenförmigen Kanalabschnitts, angeordnet ist. Auf diese Weise wird der erfindungsgemäß in das überströmende Fluid gerichteten Impuls an einer Stelle im Strömungskanal einkoppelt, die eine besonders starke Strömungsbeeinflussung ermöglicht. Typischerweise sind Bereiche einer geometrischen Richtungsänderung eines Strömungskanalabschnitts, wie beispielsweise bogen- oder kurvenförmige Kanalabschnitte, aufgrund sich verändernder Druckverhältnisse besonders von Strömungsablösungen betroffen. Durch eine Minderung der Strömungsablösung oder durch eine bewusste Beeinflussung der Strömungsrichtung des Fluides mittels des entsprechend angeordneten Plasmaaktuators kann dem vorteilhaft entgegengewirkt werden.
Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Plasmaaktuator im Bereich einer geometrischen Verzweigungsstelle des Strömungskanals angeordnet ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Art Strömungsweiche bzw. Stromweiche realisiert werden, durch die in einem ersten unbeeinflussten Strömungszustand das Fluid eine erste Strömungskanalabzweigung in der ersten Strömungsrichtung durchströmt und durch die in einem zweiten durch den Plasmaaktuator und den eingekoppelten Impuls beeinflussten Strömungszustand das Fluid durch eine zweite Strömungskanalabzweigung strömt. Um eine möglichst effiziente Strömungslenkung von der ersten in die zweite Richtung und umgekehrt zu erreichen, ist eine Positionierung des Plasmaaktuators im Bereich der geometrischen Verzweigungsstelle des Strömungskanals (also der Stelle an der der sich der Strömungskanal in eine erste und zweite Strömungskanalabzweigung aufteilt) vorteilhaft. Auf diese Weise lassen sich Strömungsweichen realisieren, die ohne mechanische Elemente (wie Klappen oder Ventilelemente) auskommen und somit wartungsarm sind.
Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des Fluidtransportsystems sind zumindest ein erster und ein zweiter Plasmaaktuator vorgesehen, die in Strömungsrichtung des Strömungskanals oder in Strömungsrichtung der Verzweigungsstelle hintereinander an der Kanaloberfläche angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine erfindungsgemäße Strömungsbeeinflussung (also eine bewusste Minderung oder Verstärkung von Strömungsablösungen oder eine bewusste Strömungsrichtungslenkung) bei unterschiedlichen Durchströmungsgeschwindigkeiten des Fluides effektiv ermöglicht werden. Denn prinzipiell kann je nach Strömungsgeschwindigkeit die Position der wirkungsvollsten Strömungsbeeinflussung in Strömungsrichtung variieren. Durch das Vorsehen zumindest zweier in Strömungsrichtung hintereinander angeordneter Plasmaaktuatoren ist eine Anpassung der Strömungsbeeinflussung an unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten im Strömungskanal möglich. Es versteht sich, dass auch mehr als zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Plasmaaktuatoren in diesem Sinne vorteilhaft sein können.
Besonders bevorzugt ist auch ein Fluidtransportsystem welches ferner aufweist: eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines von einem Soll-Strömungszustand abweichenden Ist-Strömungszustand des Fluides, und eine Beeinflussungseinrichtung zur Beeinflussung des Fluides durch den oder die Plasmaaktuatoren, wenn von der Erfassungseinrichtung ein von dem Soll-Strömungszustand abweichender Ist-Strömungszustand erfasst wird. Durch die Erfassungseinrichtung kann erfindungsgemäß der Ist-Strömungszustand des Fluides erfasst werden und mit einem im Hinblick auf die gewünschte Strömungsbeeinflussung angestrebten Soll-Strömungszustand verglichen werden. Erfindungsgemäß kann der Soll-Strömungszustand zum einen ein „Soll“ hinsichtlich der gewünschten Strömungsrichtung sein oder zum anderen ein „Soll“ hinsichtlich des Grades an Ablösung der Strömung sein (also beispielsweise um eine gewünschte Durchmischung zu erreichen - über eine gezielt hohe Turbulenz oder um eine gewünscht niedrige Lärmemission oder geringeren Strömungswiderstand zu erreichen - über eine gezielt niedrige Turbulenz). Wird von der Erfassungseinrichtung eine Abweichung des Ist-Strömungszustands von dem gewünschten Soll-Strömungszustand festgestellt, kann die Beeinflussungseinrichtung die Strömungsverhältnisse über die Plasmaaktuatoren derart beeinflussen, dass sich der Soll-Strömungszustand einstellt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der vorhergehenden Ausführungsform umfasst die Erfassungseinrichtung einen Sensor, der im Bereich des oder der Plasmaaktuatoren, angeordneten ist. Durch den oder die Sensoren der Erfassungseinrichtung kann der Ist-Strömungszustand erfasst werden. Beispielsweise können Strömungsgebiete mit abgelöster Strömung aus hierfür charakteristischen Druckverteilungen entlang des Strömungskanals abgeleitet werden. Auch ist es möglich, das transiente Verhalten der Strömung und somit den Ist-Strömungszustand durch den oder die Sensoren der Erfassungseinrichtung abzubilden.
Eine bevorzugte weitere Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor ein Drucksensor vorgesehen ist, durch den ein Drucksignal erzeugt wird, das dem strömungsdynamischen Druck im Bereich des oder der Plasmaaktuatoren, insbesondere im Bereich der Kanaloberfläche, entspricht. Durch den als Drucksensor ausgebildeten Sensor können die Strömungsverhältnisse (Ist-Strömungszustand oder Soll-Strömungszustand) präzise erfasst werden und eine wirkungsvolle Strömungsbeeinflussung kann an den Messergebnissen abgeleitet werden.
Bevorzugt ist ferner eine Ausführungsform des Fluidtransportsystems, bei der der oder die Plasmaaktuatoren zwei Elektroden aufweisen, die durch ein Dielektrikum quer zur Strömungsrichtung voneinander beabstandet sind. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der vorhergehenden Ausführungsform weist die Beeinflussungseinrichtung eine Wechselspannungsquelle auf, die mit den Elektroden elektrisch verbindbar ist, sodass ein Hochspannungswechselfeld an den Elektroden erzeugt werden kann. An die beiden Elektroden ist typischerweise eine Wechselstromspannungsquelle angeschlossen, die an diese ein Wechselspannungspotential anlegt. Wenn die dabei entstehenden Spanungsamplituden ausreichend groß sind, wird das Fluid in einem Bereich nahe des Aktuators unter Bildung eines Plasmas ionisiert. Das Plasma erzeugt in Gegenwart eines elektrischen Feldgradienten eine Kraft auf das vorbeiströmende Fluid, wodurch eine Veränderung in der Druckverteilung über der Kanaloberfläche hervorgerufen wird, und zwar beispielsweise derart, dass eine Strömungsablösung des Fluides von der Kanaloberfläche gemindert oder verstärkt wird, und/oder dass die Strömungsrichtung des Fluides im Strömungskanal beeinflusst wird.
Die oben beschriebenen Aspekte und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung können ebenfalls aus den Beispielen der Ausführungsformen entnommen werden, welche im Folgenden unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden.
Figurenliste
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder zumindest ähnliche Elemente, Komponenten oder Aspekte verwendet. Es wird angemerkt, dass im Folgenden eine Ausführungsform im Detail beschrieben wird, die lediglich illustrativ und nicht beschränkend ist. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisend“ nicht andere Elemente aus und der unbestimmte Artikel „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Alleinig der Umstand, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, beschränkt nicht den Gegenstand der Erfindung. Auch Kombinationen dieser Merkmale können vorteilhaft eingesetzt werden. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen sollen nicht den Umfang der Ansprüche beschränken. Die Figuren sind nicht maßstäblich zu verstehen sondern haben nur schematischen und illustrativen Charakter. Es zeigen

1 ein erfindungsgemäßes Fluidtransportsystem gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung, mit einer Erfassungseinrichtung und einer Beeinflussungseinrichtung, wobei sich in dem Fluidtransportsystem ein Ist-Strömungszustand eingestellt hat,
2 eine Schnittansicht durch das erfindungsgemäße Fluidtransportsystem gemäß 1, wobei sich in dem Fluidtransportsystem ein Soll-Strömungszustand eingestellt hat,
3 ein erfindungsgemäßes Fluidtransportsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung, mit einer Verzweigungsstelle und einem abzweigenden Strömungskanal,
4 eine Mischvorrichtung, umfassend zwei erfindungsgemäße Fluidtransportsysteme gemäß 3, und
5 eine Detailansicht eines Plasmaaktuators, wie er in den Fluidtransportsystemen aller vorherigen Figuren eingesetzt wird.

Die 1 und 2 zeigen jeweils ein Fluidtransportsystem 10 für ein Luftfahrzeug mit einem Strömungskanal 12, einer kanalinnenseitig ausgebildeten und von einem zu transportierenden Fluid 14 überströmbaren Kanaloberfläche 16, und mit einem im Bereich der Kanaloberfläche 16 angeordneten Plasmaaktuator 18.
Der Strömungskanal 12 ist unverzweigt und zeichnet sich unter anderem durch eine geometrische Richtungsänderung aus. Das in das Fluidtransportsystem 10 an einem Einlass 20 einströmende Fluid 14 wird entlang eines bogen- oder kurvenförmigen Kanalabschnitts 22 um etwa 90° umgelenkt und strömt dann an einem Auslass 24 wieder aus dem Strömungskanal 12 heraus. In der 1 sind schematisch durch die Pfeile 26 Stromlinien angedeutet, die die Strömungsverhältnisse bei einer bestimmten Durchflussgeschwindigkeit durch den Strömungskanal 12 repräsentieren. Die sich gewissermaßen „einkringelnden“ Pfeile 28 in einem Strömungsbereich stromabwärts des kürzeren bogenförmigen Kanalabschnitts (Kanalabschnitt mit der stärksten Krümmung) repräsentieren dabei das Strömungsgebiet, in dem die Strömung von der Kanaloberfläche 16 zumindest teilweise abgelöst ist.
Derartige Strömungsablösungen können unterschiedliche Effekte hervorrufen, die je nach Absicht der Strömungsbeeinflussung gewünscht oder unerwünscht sein können. Beispielsweise sind im Hinblick auf akustische Emissionen und den Strömungswiderstand im Strömungskanal 12 stark auftretende Strömungsablösungen tendenziell unerwünscht wohingegen im Hinblick auf eine höhere Durchmischung der Strömung Strömungsablösungen und die damit einhergehende Durchmischung auch zweckmäßig sein können.
Für die Zwecke der Figurenbeschreibung werden die durch die 1 skizzierten Strömungsverhältnisse daher beispielhaft als ein Ist-Strömungszustand aufgefasst. Im Gegensatz dazu repräsentiert die 2 für die Zwecke der Figurenbeschreibung beispielhaft einen Soll-Strömungszustand, bei dem sich keine oder kaum Gebiete mit einer Strömungsablösung einstellen bzw. zu erkennen sind. Alle Pfeile 30 verlaufen hier im Wesentlichen parallel zueinander und repräsentieren somit eine anliegende Strömung durch den Strömungskanal 12. Dieser Fall eines Soll-Strömungszustands ist beispielsweise im Hinblick auf niedrige Lärmemissionen und/oder geringen Strömungswiderstand erstrebenswert.
Der Plasmaaktuator 18 ist dazu eingerichtet, in einem kanalseitigen Bereich 32 der Kanaloberfläche 16 ein Plasma zu bilden, das einen in das überströmende Fluid 14 gerichteten Impuls einkoppelt, um eine Strömungsablösung 18 des Fluides 14 von der Kanaloberfläche 16 zu mindern. Durch den Plasmaaktuator 18 wird das vorbeiströmende Fluid 14 (in der Regel Luft) in einem Bereich größten elektrischen Potentials unter Bildung eines Plasmas ionisiert. Das Plasma beginnt im Allgemeinen nahe einer Kante des Plasmaaktuators 18 (vgl. 5), die dem Fluid ausgesetzt ist und verteilt sich über ein stromabwärts der Kante gelegenes Gebiet. Das Plasma (bzw. die ionisierte Luft) erzeugt in Gegenwart eines elektrischen Feldgradienten eine Kraft auf das nahe der Kanaloberfläche 16 strömende Fluid 14, wodurch es eine gewissermaßen virtuelle aerodynamische Gestalt induziert, die eine Veränderung in der Druckverteilung über die Kanaloberfläche 16 hervorruft. Die veränderte Druckverteilung ist derart, dass das Fluid 14 an der Kanaloberfläche 16 tendenziell haften bleibt, wodurch Strömungsablösungen verringert werden (2).
Der Plasmaaktuator 18 ist in den 1 und 2 im Bereich des bogenförmigen Kanalabschnitts 22 angeordnet, und zwar an einer innen liegenden Stelle unmittelbar stromabwärts der stärksten Krümmung des bogenförmigen Kanalabschnitts 22 (in Strömungsrichtung gesehen auf der rechten Seite). Dabei ist der Plasmaaktuator 18 zumindest abschnittsweise entlang des Innenumfangs des Strömungskanals 12 angeordnet. Es können auch eine Vielzahl von Plasmaaktuatoren 18 entlang des Innenumfangs des Strömungskanals 12 angeordnet sein (vollumfänglich, in regelmäßigen Abständen oder auch nur abschnittsweise).
Das Fluidtransportsystem 10 weist ferner eine Erfassungseinrichtung 34 zum Erfassen eines von einem Soll-Strömungszustand (z.B. 2) abweichenden Ist-Strömungszustand des Fluides 14 (z.B. 1) auf.
Die Erfassungseinrichtung 34 weist mehrere Sensoren auf, die im Bereich des oder der Plasmaaktuatoren 18, angeordneten sind und die als Drucksensoren 36 ausgebildet sind. Durch die Drucksensoren 36, kann ein Drucksignal erzeugt werden, das dem strömungsdynamischen Druck im Bereich des oder der Plasmaaktuatoren 18, insbesondere im Bereich der Kanaloberfläche 16, entspricht. Auf diese Weise kann erfasst werden, ob die aktuellen Strömungsverhältnisse (also der Ist-Strömungszustand) den gewünschten Strömungsverhältnissen (also dem Soll-Strömungszustand) entsprechen oder ob diese davon abweichen. Die Drucksensoren 36 sind über die Kanaloberfläche 16 verteilt.
Das Fluidtransportsystem 10 umfasst ferner eine Beeinflussungseinrichtung 38 zur Beeinflussung des Fluides 14 durch den oder die Plasmaaktuatoren 18, wenn von der Erfassungseinrichtung 34 ein von dem Soll-Strömungszustand abweichender Ist-Strömungszustand erfasst wird. In solch einem Abweichungsfall kann durch die Beeinflussungseinrichtung 38 bzw. den Plasmaaktuator 18 die Strömung ausgehend von dem Ist-Strömungszustand (z.B. 1) hin zu dem gewünschten Soll-Strömungszustand (z.B. 2) beeinflusst werden. Das Fluidtransportsystem 10 kann insbesondere ein Klimarohr einer Flugzeugklimatisierungseinrichtung sein.
Es versteht sich, dass durch den Plasmaaktuator 18 bzw. durch den in das überströmende Fluid 14 einkoppelten Impuls auch alternativ eine Strömungsablösung des Fluides 14 von der Kanaloberfläche 16 entweder gezielt verstärkt oder gar erst erzeugt werden kann (z.B. um eine Durchmischung des Fluides 14 im Strömungskanal 12 zu erzielen). Es ist also denkbar, dass nicht zuletzt durch die Anordnung und den Einsatz eines weiteren Plasmaaktuators 18 in dem Strömungskanal 12 (beispielsweise an einer weiter stromabwärts gelegenen Stelle) und eine entsprechende Ansteuerung, die Durchmischung des Fluides 14 weiter verstärkt wird.
In 3 ist ebenfalls ein Fluidtransportsystem 40 für ein Luftfahrzeug dargestellt. Das Fluidtransportsystem 40 umfasst einen Strömungskanal 42, eine kanalinnenseitig ausgebildete und von einem zu transportierenden Fluid 14 überströmbare Kanaloberfläche 46, und mehrere im Bereich der Kanaloberfläche 46 angeordnete Plasmaaktuatoren 48. Die Plasmaaktuatoren 48 sind im Bereich einer geometrischen Verzweigungsstelle 50 des Strömungskanals 42 angeordnet. Der Strömungskanal 42 weist stromabwärts der Verzweigungsstelle 50 eine erste Strömungskanalabzweigung 52 und eine zweite Strömungskanalabzweigung 54 auf. An den sich innen gegenüber liegenden Seiten des Strömungskanals 42 sind jeweils ein erster und ein zweiter Plasmaaktuator 48', 48" vorgesehen, die in Strömungsrichtung des Strömungskanals 42 bzw. in Strömungsrichtung der Verzweigungsstelle 50 hintereinander an der Kanaloberfläche 46 angeordnet sind.
Die Plasmaaktuatoren 48', 48" sind dazu eingerichtet, in einem kanalseitigen Bereich 32 der Kanaloberfläche 46 ein Plasma zu bilden, das einen in das überströmende Fluid 14 gerichteten Impuls einkoppelt, um die Strömungsrichtung des Fluides 14 im Strömungskanal 42 zu beeinflussen. Dadurch ist es möglich, die Fluidströmung von einer ersten Strömungsrichtung (vgl. durchgezogene Pfeile 56) hin zu einer zweiten, von der ersten abweichenden Strömungsrichtung (vgl. gestrichelte Pfeile 58) zu verändern. Es kann dadurch eine Strömungsweiche bzw. Stromweiche realisiert werden, bei der in einem ersten (unbeeinflussten) Strömungszustand das Fluid 14 den Strömungskanal 42 bzw. die Strömungskanalabzweigung 52 in der ersten Strömungsrichtung 56 durchströmt und in der zweiten (durch den oder die Plasmaaktuatoren 48', 48" mittels des eingekoppelten Impulses beeinflussten Strömungszustand) das Fluid 14 den Strömungskanal 42 bzw. die Strömungskanalabzweigung 54 in der zweiten Strömungsrichtung 56 durchströmt.
Das Fluidtransportsystem 40 weist ebenfalls eine Erfassungseinrichtung 64 zum Erfassen des von dem Soll-Strömungszustand abweichenden Ist-Strömungszustand des Fluides 14 auf. Darüber hinaus weist das Fluidtransportsystem 40 auch eine Beeinflussungseinrichtung 68 zur Beeinflussung des Fluides 14 durch die Plasmaaktuatoren 48', 48" auf, wenn von der Erfassungseinrichtung 64 ein von dem Soll-Strömungszustand abweichender Ist-Strömungszustand erfasst wird.
4 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Mischvorrichtung 70, die aus einer Kombination zweier Fluidtransportsysteme 40 gemäß 3 zusammengesetzt ist. Durch eine entsprechend gezielte Schaltung bzw. Ansteuerung der Plasmaaktuatoren 48', 48" über die Beeinflussungseinrichtung 68 lassen sich in einem vereinigten Strömungskanalabschnitt 72 der Mischvorrichtung 70 beispielsweise Strömungen unterschiedlicher Temperatur zu Mischungszwecken zusammenführen. Eine mögliche Anwendung kann die eingangs beschriebene Zuführung von Trim Air in Mischluftleitungen stromabwärts einer Mischkammer sein. Auf diese Weise können für bestimmte Flugzeugumgebungsbedingungen höhere oder tiefere Prozesslufttemperaturen am Eingang des Klimaaggregats erreicht werden.
In 5 zeigt schließlich eine Detailansicht der Plasmaaktuatoren 18, 48, 48', 48" aus den vorhergehenden Figuren. Der oder die Plasmaaktuatoren 18, 48, 48', 48" weisen zwei Elektroden 74, 76 auf, die durch ein Dielektrikum 78 quer zur Strömungsrichtung 80 voneinander beabstandet sind. Die Beeinflussungseinrichtung 38, 68 umfasst eine Wechselspannungsquelle 82, die mit den Elektroden 74, 76 elektrisch verbindbar ist, sodass ein Hochspannungswechselfeld an den Elektroden 74, 76 erzeugt werden kann. Die Erfassungseinrichtung 34, 46 zum Erfassen eines von einem Soll-Strömungszustand (z.B. 2) abweichenden Ist-Strömungszustand des Fluides 14 (z.B. 1) kann die erfassten Informationen an die Beeinflussungseinrichtung 38, 68 übertragen. Das durch den Plasmaaktuator 18, 48 gebildete Plasma beginnt im Allgemeinen nahe einer Kante 84 des Plasmaaktuators 18, 48, die dem Fluid 14 ausgesetzt ist und verteilt sich über ein stromabwärts der Kante 84 gelegenes Gebiet 32 (über einem kanalseitigen Bereich 32 der Kanaloberfläche 16; 46).

Claims

Fluidtransportsystem (10; 40) für ein Luftfahrzeug, insbesondere Klimarohr oder Hydraulikrohr für ein Luftfahrzeug, umfassend: einen Strömungskanal (12; 42), eine kanalinnenseitig ausgebildete und von einem zu transportierenden Fluid (14) überströmbare Kanaloberfläche (16; 46), und zumindest einen im Bereich der Kanaloberfläche (16; 46) angeordneten Plasmaaktuator (18; 48, 48"), wobei der Plasmaaktuator (18; 48', 48") dazu eingerichtet ist, in einem kanalseitigen Bereich (32) der Kanaloberfläche (16; 46) ein Plasma zu bilden, das einen in das überströmende Fluid (14) gerichteten Impuls einkoppelt, um eine Strömungsablösung (28) des Fluides (14) von der Kanaloberfläche (16; 46) zu mindern oder zu verstärken, und/oder um die Strömungsrichtung (56, 58) des Fluides (14) im Strömungskanal (12; 42; 52, 54) zu beeinflussen.
Fluidtransportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaaktuator (18; 48', 48") zumindest abschnittsweise entlang des Innenumfangs des Strömungskanals (12; 42) angeordnet ist.
Fluidtransportsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaaktuator (18; 48', 48") im Bereich einer geometrischen Richtungsänderung eines Strömungskanalabschnitts, insbesondere im Bereich eines bogen- oder kurvenförmigen Kanalabschnitts (22), angeordnet ist.
Fluidtransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaaktuator (48', 48") im Bereich einer geometrischen Verzweigungsstelle (50) des Strömungskanals (42, 52, 54) angeordnet ist.
Fluidtransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster und ein zweiter Plasmaaktuator (48', 48") vorgesehen sind, die in Strömungsrichtung des Strömungskanals (42) oder in Strömungsrichtung der Verzweigungsstelle (50) hintereinander an der Kanaloberfläche (46) angeordnet sind.
Fluidtransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidtransportsystem (10; 40) ferner aufweist: - eine Erfassungseinrichtung (34; 64) zum Erfassen eines von einem Soll-Strömungszustand abweichenden Ist-Strömungszustand des Fluides (14), - und eine Beeinflussungseinrichtung (38; 68) zur Beeinflussung des Fluides (14) durch den oder die Plasmaaktuatoren (18; 48', 48") wenn von der Erfassungseinrichtung (34, 64) ein von dem Soll-Strömungszustand abweichender Ist-Strömungszustand erfasst wird.
Fluidtransportsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (34, 64) einen Sensor umfasst, der im Bereich des oder der Plasmaaktuatoren (18; 48', 48") angeordneten ist.
Fluidtransportsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor ein Drucksensor (36) vorgesehen ist, durch den ein Drucksignal erzeugt wird, das dem strömungsdynamischen Druck im Bereich des oder der Plasmaaktuatoren (18; 48, 48"), insbesondere im Bereich der Kanaloberfläche (16; 46), entspricht.
Fluidtransportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Plasmaaktuatoren (18; 48', 48") zwei Elektroden (74, 76) aufweisen, die durch ein Dielektrikum (78) quer zur Strömungsrichtung (80) voneinander beabstandet sind.
Fluidtransportsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung (38, 68) eine Wechselspannungsquelle (82) aufweist, die mit den Elektroden (74, 76) elektrisch verbindbar ist, sodass ein Hochspannungswechselfeld an den Elektroden (74, 76) erzeugt werden kann.