Passagierflugzeug
Die Erfindung betrifft ein Passagierflugzeug mit einer Druckkabine, die ein Kronenvolumen und ein Passagierdeck aufweist, wobei das Passagierdeck mindestens ein durch Wände von dem übrigen Passagierdeck abgetrenntes Passagierabteil aufweist.
Insbesondere im Bereich des VIP-Ausbaus von Passagierflugzeugen ist es üblich, im Verhältnis zum gesamten Passagiervolumen kleine Passagierabteile zu unterschiedlichen Zwecken, beispielsweise als Konferenz-, Ruhe- oder Medienraum, abzutrennen. Im Falle einer Beschädigung der Bordwand des Flugzeugs im Bereich eines solchen Passagierabteils führt die plötzliche Dekompression der Druckkabine aufgrund des relativ geringen Volumens des Passagierabteils zu sehr großen Differenzdrücken auf die Abteilbegrenzungen bzw. -wände, die erhebliche und gefährliche Folgeschäden verursachen können. Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, ständig geöffnete, oder sich aufgrund einer Druckdifferenz öffnende, Strömungsöffnungen zwischen den Räumen der Druckkabine vorzusehen. Bei kleinen Passagierabteilen lässt sich ein hinreichender Druckausgleich nicht oder nur mit sehr großen Strömungsöffnungen realisieren, was jedoch mit dem innenarchitektonischen Nutzungs- und Designkonzept dieser Abteile insbesondere nach VIP-Standard nicht vereinbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Integration von separierten Abteilen in die Druckkabine eines Passagierflugzeugs mit erhöhter Sicherheit bei einer plötzlichen Dekompression zu ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche .
Aufgrund der erfindungsgemäßen Berstwand wird zwischen der Bordwand des Flugzeugs und dem Passagierabteil - optisch versteckt - ein Druckausgleichs- oder Druckverbindungsraum geschaffen, der zu dem Kronenvolumen hin geöffnet ist. Eine Beschädigung der Bordwand führt aufgrund der benachbarten Anordnung der Berstwand in der Regel ebenfalls zu einer Beschädigung derselben, wodurch erfindungsgemäß eine Druckverbindung zwischen dem Passagierabteil und dem Kronenvolumen geschaffen wird. Die Verbindung des Passagierabteils und des Kronenvolumens führt zu einer signifikanten Reduzierung des auf die Wände und den Boden des Passagierabteils wirkenden Differenz- drucks und sogar zur Vermeidung eines auf die Decke des Passagierabteils wirkenden Differenzdrucks, wodurch die Sicherheit bei einer plötzlich auftretenden Dekompression erheblich gesteigert wird. Da das Passagierabteil zu der Bordwand des Flugzeugs hin durch die Berstwand optisch abgeschlossen ist, ergeben sich keinerlei Beeinträchtigungen für das innenarchitektonische Nutzungs- und Designkonzept des Passagierabteils.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar auf kleine Passagierabteile, deren Volumen höchstens 1/10 des Passagierkabinenvolumens, höchstens 1/5 des Kronenvolumens beträgt oder höchstens 50 Kubikmeter beträgt.
Vorzugsweise erstreckt sich der gemeinsame Druckraum bis auf Bodenniveau des Passagierabteils. In diesem Fall ist der erfindungsgemäße Druckausgleich für sämtliche Beschädigungen der Bordwand im Bereich des Passagierabteils, insbesondere auch Beschädigungen knapp über Bodenniveau, sichergestellt.
Vorteilhaft nimmt der Abstand zwischen der Berstwand und der Bordwand von unten nach oben zu. Während im Bereich der Decke des Passagierabteils eine große Strömungsfläche bereitgestellt wird, ist dies im Bereich des Bodens des Passagierabteils nicht erforderlich, wobei hier ein geringerer Abstand zwischen der Berstwand und der Bordwand eine optimale Raumausnutzung ermöglicht .
Zur Erzielung eines möglichst schnellen und umfassenden Druckausgleichs zwischen dem Passagierabteil und dem Kronenvolumen erfüllt der Abstand zwischen der Berstwand und der Bordwand vorteilhaft eine oder mehrere der folgenden Bedingungen.
- Der maximale Abstand zwischen der Berstwand und der Bordwand beträgt vorteilhaft mindestens Vr2 -h2 /8 , wobei r der Rumpfradius zum Schnittpunkt von Unterkante der Decke des Passagiervolumens und Bordwand, und h der vertikale Abstand zwischen dem Niveau der breitesten Rumpfausdehnung des Flugzeugs und der Unterkante der Decke des Passagiervolumens ist .
- Der minimale Abstand zwischen der Berstwand und der Bordwand beträgt mindestens ein Viertel des maximalen Abstands zwischen der Berstwand und der Bordwand.
- Der Abstand zwischen der Berstwand und der Bordwand beträgt höchstens die Hälfte der Länge des Passagierabteils.
- Der Abstand zwischen der Berstwand und der Bordwand beträgt auf Höhe der Unterkante der Decke mindestens 0.2 m.
Besonders vorteilhaft beträgt der maximale Abstand zwischen der Berstwand und der Bordwand mindestens k Vr2 -h2 /4 , wobei k ein Geometriefaktor ist, der umso größer ist, je größer das
Volumen des Passagierabteils ist, und umso kleiner ist, je länger das Passagierabteil ist. Der Geometriefaktor k berücksichtigt, dass Passagierabteile sehr unterschiedliche Verhältnisse von Volumen zu Länge aufweisen können. Kurze Räume benötigen größere Querschnittsbreiten als lange Räume, um dieselben Öffnungsquerschnitte zu erreichen. Räume mit größerem Volumen benötigen größere Öffnungsquerschnitte zum Kronenvolumen, um eine effektive Druckverbindung der Volumina zu ermöglichen.
Vorteilhaft weist die Berstwand einen geringeren Berstwiderstand auf als die übrigen Wände des Passagierabteils. Dies kann vorzugsweise mittels einer Sollbruchlinie realisiert werden, wobei die Berstwand bereits bei einem relativ geringen Druckunterschied auf beiden Seiten entlang der Sollbruchlinie birst und dadurch eine Druckausgleichsöffnung in der Berstwand erzeugt. Hierdurch wird ein Druckausgleich auch für den Fall sichergestellt, dass nur die Bordwand des Flugzeugs, nicht aber die Berstwand durch ein Schadensereignis beschädigt wird.
Die Merkmale der Erfindung sind auf Passagierflugzeuge mit mehr als einem Passagierdeck entsprechend übertragbar, wobei hier die Krone durch das Volumen zwischen den Decks zu ersetzen ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Passagierflugzeugs ;
Fig. 2 eine detaillierte Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Passagierflugzeugs im Ausschnitt;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Passagierflugzeugs; und
Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Passagierflugzeugs nach dem Stand der Technik.
Im Folgenden wird zunächst der Stand der Technik anhand der Fig. 4 erläutert. Ein Passagierflugzeug 10 weist eine durch eine Bordwand 20 begrenzte Druckkabine 27 mit sich jeweils über einen überwiegenden Teil der Flugzeuglänge erstreckendem Unterdeck 11, Passagierdeck 12 und Kronenvolumen 13 auf. In dem Passagierdeck 12 sind ein oder mehrere, an die Bordwand 20 des Flugzeugs 10 angrenzende Passagierabteile 14 angeordnet. Die longitudinale Ausdehnung bzw. Länge 1 des Passagierabteils 14 (siehe Fig. 3) ist klein im Vergleich zu der Länge L des Passagierdecks 12, d.h. um mindestens einen Faktor 5, vorzugsweise einen Faktor 10 kürzer. Die seitliche Ausdehnung w des Passagierabteils 14 ist in der Regel kleiner, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 2, als die seitliche Ausdehnung des Passagierdecks 12, siehe Fig. 4. Das Passagierabteil 14 ist durch Seitenwände 15 von dem übrigen Passagiervolumen 16 abgetrennt. Die Decke 17 und der Boden 18 des Passagierabteils 14 werden von der Decke 19 und dem Boden 26 des Passagierdecks 12 gebildet, die Höhe h des Passagierabteils 14 entspricht daher der Höhe des Passagierdecks 12. Das Volumen des Passagierabteils 14 beträgt vorzugsweise höchstens 1/10 des Passagiervolumens, d.h. des Volumens des Passagierdecks 12, und/oder vorzugsweise höchstens 1/5 des Kronenvolumens 13 und/oder höchstens 50 m3.
Im Falle einer Beschädigung der Bordwand 20, die zu einem Loch 21 im Bereich des Passagierabteils 14 führt, fällt der Druck in dem Passagierabteil 14 aufgrund von dessen geringem Volumen innerhalb sehr kurzer Zeit auf Außenniveau. Dann liegt die volle Druckdifferenz zwischen dem Außenniveau und dem Kabinendruck an den Wänden 15, 17, 18 an, was ohne weitere Maßnahmen zu einem strukturellen Versagen der Wände 15, 17, 18 mit potentiell fatalen Folgen für die Passagiersicherheit führen kann .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Fig. 1 erläutert. Erfindungsgemäß wird das Passagierabteil 14 zu der Bordwand 20 hin durch eine zusätzliche Berstwand 22 begrenzt. Die Berstwand 22 erstreckt sich vorteilhaft von dem Boden 18 bis zu der Decke 17 des Passagierabteils 14. Sie ist benachbart zu der Bordwand 20 angeordnet und folgt vorzugsweise deren Verlauf, d.h. sie bildet im Querschnitt vorteilhaft einen konvexen Bogen mit einem Krümmungsradius, der vorzugsweise geringer ist als der Krümmungsradius der Bordwand 20.
Zwischen der Bordwand 20 und der Berstwand 22 ist ein in der Regel nicht begehbarer Verbindungsraum 23 gebildet, der zu dem Kronenvolumen 13 geöffnet ist, und zwar vorzugsweise über den gesamten geometrischen Querschnitt zwischen dem Verbindungsraum 23 und dem Kronenvolumen 13. Anders ausgedrückt wird das Kronenvolumen 13 seitlich an der Bordwand 20 nach unten bis zum Bodenniveau 18 des Passagierabteils 14 gezogen. Die Berstwand 22 ist vorteilhaft so geformt und angeordnet, dass sich die lichte Querschnittsweite w' des Verbindungsraums 23 (siehe Fig. 2) vorteilhaft von unten nach oben vergrößert, und zwar vorzugsweise stetig vergrößert, so dass der minimale Abstand W2' zwischen Bordwand 20 und Berstwand 22 vorteilhaft auf Bodenniveau und der maximale Abstand wi ' vorteilhaft auf Decken-
niveau liegt. Dieses Design stellt sicher, dass unabhängig von der Lage der Öffnung 21 in der Bordwand 20 eine möglichst effektive St ömungsverbindung (siehe unten) zwischen dem Kronenvolumen 13 und dem Passagierabteil 14 bei gleichzeitig möglichst geringem Raumverlust aufgrund des Verbindungsraums 23 erreicht wird.
Infolge einer zu einem Loch 21 in der Bordwand 20 führenden Beschädigung entsteht automatisch, d.h. ohne weitere aktive Maßnahmen, ein entsprechendes Loch 24 in der Berstwand 22. Dies geschieht aufgrund der benachbarten Anordnung der Berst- wand 22 zu der Bordwand 20 häufig bereits durch die primäre mechanische Schädigungseinwirkung. Vorteilhaft weist die
Berstwand 22 einen geringeren Berstwiderstand auf als die Wände 15, die Decke 17, der Boden 18 und die nicht in der
Schnittebene der Abbildung liegenden Seitenwände des Passagierabteils 14, so dass beim Auftreten eines schadensbedingten Unterdrucks in dem Verbindungsraum 23 relativ zu dem Passagierabteil 14 die Berstwand 22 auch dann kontrolliert birst, wenn die mechanische Schädigungseinwirkung die Berstwand 22 nicht erfasst. Vorteilhaft weist die Berstwand 22 eine in sich geschlossene, beispielsweise kreisrunde Sollbruchlinie 25 zur Erzeugung mindestens einer definierten Druckausgleichsöffnung 24 bei Überschreiten eines bestimmten Druckunterschieds zwischen beiden Seiten der Berstwand 22 auf.
Aufgrund der erfindungsgemäß erzeugten Druckausgleichsöffnung 24 in der Berstwand 22 wird im Falle einer Beschädigung der Bordwand 20 über den Verbindungsraum 23 eine Druckverbindung zwischen dem Passagierabteil 14 und dem Kronenvolumen 13 erzeugt. Aufgrund der erheblichen Größe des Kronenvolumens 13 fällt der Druck in dem verbundenen Volumen 13, 23, 14 um ein Vielfaches langsamer als im Stand der Technik gemäß Fig. 1.
Das Auftreten extremer Druckunterschiede und entsprechender Sekundärschäden können dadurch vermieden werden, zudem wird wertvolle Zeit für Notfallmaßnahmen, wie beispielsweise Bereitstellung von Sauerstoffmasken, gewonnen.
Der Abstand w' zwischen der Berstwand 22 und der Bordwand 20 erfüllt vorteilhaft eine oder mehrere der folgenden Bedingungen, um einen möglichst schnellen und umfassenden Druckausgleich zwischen dem Passagierabteil 14 und dem Kronenvolumen 13 zu gewährleisten.
Der maximale Abstand wi ' zwischen der Berstwand und der Bordwand beträgt vorteilhaft mindestens ^r2-h2/8, wobei (siehe Fig. 2) r der Rumpfradius, ausgehend von einem Mittelpunkt M des Flugzeugrumpfes, zum Schnittpunkt von Unterkante der Decke 19 des Passagierdecks 12 und Bordwand 20, und h der vertikale Abstand zwischen dem Niveau der breitesten Rumpfausdehnung des Flugzeugs 10 und der Unterkante der Decke 18 des Passagierdecks 12 ist.
Der minimale Abstand W2' zwischen der Berstwand 22 und der Bordwand 20 beträgt vorteilhaft mindestens ein Viertel des maximalen Abstands wi ' zwischen der Berstwand 22 und der Bordwand 20.
Der Abstand w' zwischen der Berstwand 22 und der Bordwand 20 beträgt vorteilhaft höchstens die Hälfte der Länge 1 des Passagierabteils 14 (siehe Fig. 3) .
Der Abstand zwischen der Berstwand 22 und der Bordwand 20 beträgt vorteilhaft mindestens 0.05 m, weiter vorzugsweise mindestens 0.2 m.
Besonders vorteilhaft beträgt der maximale Abstand zwischen der Berstwand und der Bordwand mindestens
, wobei k ein Geometriefaktor ist, der umso größer ist, je größer das Volumen des Passagierabteils ist, und umso kleiner ist, je länger das Passagierabteil ist. Der Geometriefaktor k berücksichtigt, dass Passagierabteile sehr unterschiedliche Verhält nisse von Volumen zu Länge aufweisen können. Kurze Räume benö tigen größere Querschnittsbreiten als lange Räume, um dieselben Öffnungsquerschnitte zu erreichen. Räume mit größerem Volumen benötigen größere Öffnungsquerschnitte zum Kronenvolumen, um eine effektive Druckverbindung der Volumina zu ermöglichen.
Der Geometriefaktor liegt vorzugsweise im Bereich 0.5 bis 2 und wird vorteilhaft in Abhängigkeit des Volumen-zu-Längen- Verhältnisses v/(m2-l) des Passagierabteils 14 bestimmt. Gee nete Werte des Geometrief ktors k sind: v/(m2-l)<3 k=0.75
3<v/ (m2-l) <4.5 k=0.90
4.5<v/ (m2-l) <8.5 k=1.00
8.5<v/ (m2-l) <10 k=1.10
v/(m2-l)>10 k=1.25
Anstelle der genannten Staffelung des Geometriefaktors k in fünf Werte kann auch eine Staffelung in mehr oder weniger als fünf Werte erfolgen. Der Geometriefaktor k kann beispielsweis auch mittels einer vorgegebenen Funktion von v/ (m2-l) , beispielsweise einem Polynom, bestimmbar sein.