Vakuumregelung in der Höhensimulationskammer

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7. Dezember 2020

Luftfahrt & Höhensimulation

Einer unserer deutschen Kunden ist ein führender Anbieter von Flugzeugwartung, -reparatur, -überholung und -modifikation für die zivile Luftfahrt, von kommerziellen Flugzeugen bis hin zu Flugzeugen für VIPs- und Spezialmissionen; die Aktivitäten umfassen auch die Entwicklung von Komponenten und Elektronik für den Einsatz in Flugzeugen.

Ausdrückliche Distanzerklarüng: Zur Vermeidung von Zweifeln weisen wir darauf hin, dass Pressure Control Solutions nicht normalerweise in die Luftfahrtindustrie verkauft. Wie viele andere Unternehmen auch, passt die Erfüllung der strengen Anforderungen dieser stark regulierten Branche einfach nicht in unser Geschäftsmodell. Dennoch haben wir in diesem Fall eine Lösung für eine luftfahrtorientierte Druckregelungsanwendung geliefert: On-The-Ground-Altitude-Simulation, Höhensimulation am Boden.

Obwohl das Fliegen in 2020 für viele von uns noch in weiter Ferne zu liegen scheint, haben wir auch einige gute Ratschläge für alle, die in Zukunft wieder einen Flug besteigen ... Lesen Sie den Blog unten!

Höhensimulationskammer für die Prüfung von Flugzeugkomponenten

Um die Erwartungen der Nutzer kontinuierlich zu übertreffen und Komponenten und Systeme zu entwickeln, die robust und langlebig genug für den Einsatz in Flugzeugen sind, müssen Flugzeughersteller natürlich viele Tests und Validierungen durchführen. Um dies effektiv und mit minimalen Auswirkungen auf die Unternehmensressourcen und die Umwelt zu tun, verwenden Flugzeugingenieure oft Höhensimulationskammern. Höhensimulationskammern ermöglichen es die Bedingungen zu simulieren, denen ihr Testprodukt während des Einsatzes im Flugzeug potenziell ausgesetzt sein könnte. Außerhalb der Flugzeugindustrie werden kleine, mittlere und große Höhensimulationskammern z.B. auch in der Automobilindustrie eingesetzt; ein weiteres Beispiel für Höhensimulationskammern ist der Einsatz im Sport, für Sportler zur Verbesserung der Sauerstoffsättigung des Blutes.

Die Rolle der Druckregelung bei der Höhensimulation

Um die Höhe zu simulieren, sind die Druckverhältnisse von entscheidender Bedeutung: Während des Starts und der Landung eines Flugzeugs kann sich der Luftdruck schnell ändern. Wer hat nicht schon einmal den zunehmenden Druck auf die Ohren während des Starts oder der Landung gespürt, während er verzweifelt versucht hat, die Ohren zu öffnen, um den Druck zu verringern?

Nur so nebenbei, aber vielleicht doch ein nützlicher kostenloser Tipp von Ihrem Druckregel-Experten für Ihren nächsten Flug: Schlucken ist weniger gefährlich für die Ohren als mit dem Finger auf das Trommelfell zu drücken!

Prozessbedingungen für die Höhensimulation

Genau wie das menschliche Ohr haben auch Flugzeugkomponenten mit Druckschwankungen zu kämpfen: Niedriger Luftdruck kann in der Luftfahrtindustrie einen Stressfaktor für Komponenten darstellen, da sie sich in einer Zone ohne Druckausgleich (größere Höhen) befinden können. Komponenten und Geräte sind normalerweise für einen Umgebungsdruck von 1013 hPa ausgelegt. Mit zunehmender Flughöhe wird die Luft jedoch "dünner", d.h. die Luftdichte nimmt mit abnehmendem Druck deutlich ab. Das kann sich auf die Qualität von Komponenten oder Geräten auswirken und somit eine Vielzahl von Problemen und Risiken verursachen, die verhindert oder überwunden werden sollten, bevor diese Komponenten in Flugzeugen eingesetzt werden dürfen.

Zusätzliche erschwerende Faktoren sind sehr niedrige Temperaturen in der Höhe, rasche Temperaturwechsel und Kondensation. Daher muss jedes einzelne Bauteil für den Einsatz in Flugzeugen gründlich auf die Verträglichkeit mit den genannten Bedingungen getestet werden. Dazu gehört, dass die Testkomponenten den gleichen Druckänderungen ausgesetzt werden wie unsere Ohren!

Wie simuliert man die erforderlichen (Änderungen von) subatmosphärischen Luftdruckbedingungen?

In größeren Höhen ist der Luftdruck immer geringer als Atmosphärendruck. Eine Höhensimulationskammer am Boden erfordert daher, dass der Druck unterhalb des Drucks auf Meereshöhe geregelt werden kann. Darüber hinaus müssen schnelle Druckänderungen simuliert werden können, ähnlich den schnellen Druckänderungen für ein Flugzeug. Dazu ist ein Druckabbau in einem recht großen Volumen notwendig, der einer stetigen Kurve des gemessenen Drucks folgt. Normalerweise ist die Evakuierungskurve logarithmisch, da sich bei niedrigeren Drücken das Volumen der Masse, die aus der Kammer gepumpt werden muss, exponentiell ausdehnt.

Herkömmliche Druckregelventile auf dem Markt sind oft nicht ausreichend in der Lage, schnell auf plötzliche Druckänderungen zu reagieren. Herkömmliche Druckregelventile haben einen begrenzten Durchflussbereich und sind für diese Art der Druckreduzierung oft nicht geeignet. Um eine ausreichend stetige Druckreduzierung zu erreichen, sind mehrere Ventile und ein komplexer Regelalgorithmus erforderlich. Das war das Problem der Druckregelung, das die Flugzeugingenieure dazu veranlasste, sich mit Pressure Control Solutionsin Verbindung zu setzen: Konnten wir ihnen bei der Auswahl eines geeigneten Druckreglers helfen, der das erforderliche Vakuum regeln kann und weniger Einschränkungen als herkömmliche Regler hat? Natürlich sollte der Regler gegen extreme Temperaturen und Kondensation widerstandsfähig sein.

Präzisionsdruckregelprodukte für Höhensimulation

Aufgrund seines großen Regelvermögens ist ein vorgesteuerter Equilibar-Vakuumregler die klassenbeste Lösung, um die gegebenen Herausforderungen der Druckregelung bei der Höhensimulation mit nur einem Ventil in einer einfachen PID-Loop zu meistern. Die Durchflusskapazität des für diese Anwendung verwendeten Ventils hat einen Kv-Bereich von 0,00857 bis 6,9417, was zu einem Luftdurchfluss von ca. 0,07 bis zu 56 Nm3/h (bei 20°C und einem Differenzdruck (dp) von 500 mbar) führt. Darüber hinaus können die Equilibar-Vakuumregler - dank der verwendeten Materialien - mit extremen Temperaturen und Kondensation umgehen, da sie auch in Zweiphasenströmungen eingesetzt werden können.

PCS empfahl die Kombination der Equilibar-Vakuumreglers mit dem einzigartigen, selbst entwickelten elektronischen Vorsteuerregler, dem ERC. Regler der ERC-Serie nutzen einen PID-Regler, der den eingestellten Druck mit einem Proportionalventil regelt. Das Proportionalventil regelt gegen eine Kapillare, und erreicht so eine hervorragende Stabilität und Präzision. Die Druckmessung erfolgt über einen Absolutdrucksensor, der entweder im geschlossenen Regelkreis verwendet werden kann, wenn er direkt im Prozess platziert ist, oder im offenen Regelkreis, wenn er im Referenzdrucksystem platziert ist.

R&I-Fließschema, das den Einsatz eines Equilibar Vakuumreglers und eines elektronischen Druckreglers der ERC-Serie zeigt

R&I-Fließschema Druckregelung in der Höhensimulationskammer

In diesem Schema wird der Unterdruck in der Kammer durch einen Equilibar-Vakuumregler geregelt, der das von einer Vakuumpumpe erzeugte Vakuum drosselt. Ein Vakuumdrucktransmitter gibt eine konstante Rückmeldung von der Höhensimulationskammer an einen PID-Regler, der das Proportionalventil am elektronischen Referenzregler (ERC) einstellt, der den Equilibar-Vakuumregler regelt.

Mit diesem Aufbau können sowohl schnelle als auch gleichmäßige Höhenzunahmen simuliert werden. Der Equilibar-Vakuumregler erzeugt eine genaue und konstante Druckregelung. Die patentierte Technik des Vordruckreglers ist unübertroffen in der Umsetzung seiner Präzision in den für diese Anwendung erforderlichen Vakuumfluss. Aufgrund der sorgfältig ausgewählten Membrane, die sowohl flexibel als auch stark genug für diese Anwendung ist, kann der Prozessdruck präzise und ohne Hysterese geregelt werden, wobei die Empfindlichkeit für Druckänderungen im System weit unter 0,001 bar liegt!

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Besuchen Sie die Produktseite auf leistungsstarke Vakuumregelprodukte von Pressure Control Solutions für weitere Details und Anwendungsbeispiele der ERC-Serie. Melden Sie sich bei uns , wenn Sie die Möglichkeiten für Ihre Anwendung besprechen möchten.

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