Zapfluft

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Zapfluft ist aus dem Mantelstrom (sekundär) und/oder dem Kernstrom (primär) eines Triebwerks oder Hilfstriebwerkes entnommene Luft zur Regelung und Kontrolle des Triebwerks oder ganzer Flugzeugsysteme. In Frage für die Nutzung der Zapfluft kommen vor allem die Gasturbine beispielsweise eines Turbofans oder eines Hilfstriebwerkes. Der international in der Luftfahrt gebräuchliche Terminus dafür ist Bleed Air.

Zapfluft zur Triebwerksregelung und Kontrolle (Engine Air System)[Bearbeiten]

Kühlung von Strahltriebwerksteilen[Bearbeiten]

Luft aus dem Mantelstrom (Fan Air) wird zur Kühlung von Komponenten wie beispielsweise des Motor- und Generatoröles, der elektronischen Steuerung, des Turbinengehäuses oder des Zündgerätes (Igniter Box) verwendet. Außerdem dient sie zur Abkühlung der Hochdruckzapfluft, die von bis zu 750 °C auf etwa 180 °C gekühlt werden muss.

Verdichterluft aus dem höheren Druckbereich (etwa zwölfte Kompressorstufe) dient zur Kühlung der Rotor- und Statorschaufeln der Hochdruckturbine.

Regelung von Strahltriebwerken[Bearbeiten]

Hochdruck-Zapfluft wird zur Steuerung variabler Statoren vor und im Verdichter zur Vermeidung von Strömungsabrissen (eng. stall) eingesetzt, wie im Pratt & Whitney PW4000 an der 5. bis 7. Verdichterstufe.

Die diesem Phänomen zugrundeliegende Theorie ist die des Strömungsabrisses an einem sich durch die Luft bewegenden Tragflächenprofil.

Einspeisung in Flugzeugsysteme (Air Supply Distribution System)[Bearbeiten]

Zapfluft kommt in den unterschiedlichsten Systemen eines Flugzeugs zur Anwendung. Dabei wird sie unter anderem zur Wärmeregulierung und Druckversorgung der Flugzeugzelle (Druckkabine) eingesetzt. Auch Hydraulik- und Wassertanks werden mittels Zapfluft unter Druck gehalten, um beispielsweise dem Versagen von Pumpen vorzubeugen. Hilfsaggregate können mittels Zapfluft im Falle einer Überlastung der Primärsysteme wie den triebwerkgetriebenen Hydraulikpumpen die Funktionsfähigkeit eines Systems garantieren.

Vor- und Nachteile[Bearbeiten]

Zapfluftentnahme ist ein einfaches und bewährtes System, das aus technisch sehr einfach zu realisierenden Komponenten aufgebaut ist.

Schwerwiegendster Nachteil jedoch ist, dass sich bei Zapfluftentnahme der Treibstoffverbrauch erhöht und die Leistung sinkt. Bei hoher Startleistung wird deshalb auch die Zapfluftentnahme abgeschaltet, um in der kritischen Startphase die volle Triebwerksleistung zur Verfügung zu haben. Der Wirkungsgrad ist schlecht, da der Druck und die Temperatur stark reduziert werden müssen, um Schäden in der flugzeugseitigen Zapfluft-Anlage zu verhindern. Bei der Boeing 787 werden daher die Triebwerke ohne Entnahmemöglichkeit für Zapfluft gebaut – man verspricht sich davon einen geringeren Treibstoffverbrauch. Der Betrieb der Klimaanlage und der Hilfsaggregate funktioniert dann komplett elektrisch, weshalb die Triebwerke zum Ausgleich wesentlich stärkere Generatoren bekommen.

Des Weiteren wird bemängelt, dass Vergiftungen durch Öldämpfe entstehen können, wenn die Luft auf Grund eines Abdichtungsschadens ungefiltert in die Kabine eingeleitet wird. Diese Vergiftung kann zu einem aerotoxischen Syndrom führen. In der Vergangenheit kam es mehrfach zu Zwischenfällen mit kontaminierter Zapfluft. 2006 wurden in England über 1050 solcher Vorfälle bei der Luftaufsichtsbehörde erfasst und – anders als in Deutschland – auch veröffentlicht. Im Februar 2009 räumte die Lufthansa in einer internen Mitteilung an ihre Mitarbeiter ein, dass es bei einem von 2000 Flügen zu einem Zwischenfall mit Öldämpfen komme. Deutsche Fluggesellschaften sind nicht verpflichtet, ihre Passagiere über solche Ereignisse zu informieren.[1]
Am 7. Mai 2014 veröffentlichte die Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung (BFU) eine Studie zu der Auswirkung von sog. Fume Events (Ereignissen jeglicher Art in Bezug auf Gerüche, Rauch oder Nebel im Flugzeuginnenraum). Darin wird bestätigt, dass es zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen gekommen ist. Teilweise war durch das Aufsetzen der Sauerstoffmasken im Cockpit oder einen teilweisen Ausfall eines Piloten die formale Voraussetzung für eine Schwere Störung gegeben. Im Ergebnis hat die BFU vier Sicherheitsempfehlungen herausgegeben um Fume Events wissenschaftlich besser zu untersuchen, die Ereignisse an die BFU zu melden, die Zulassungskriterien zu vereinheitlichen sowie Nachweisverfahren für saubere Kabinenluft zu etablieren und Untersuchungen zu Langzeiterkrankungen durchzuführen.[2]

Um diese Risiken zu vermeiden, müssten mit Zapfluft betriebene Systeme, wie die Herstellung des Kabinendrucks sowie die Enteisung, auf andere Weise funktionieren. Bei der Nutzung von elektrischer Energie für diese Aufgaben würde etwa für die Aufrechterhaltung des Kabinendrucks ein elektrisch betriebener Kompressor eingesetzt. Bei den Umwandlungen von mechanischer in elektrische Energie wie auch umgekehrt geht nicht nutzbare Energie verloren, komprimierte Luft treibt den Motor, der den Generator treibt, dessen elektrische Energie wiederum einen Kompressor antreibt, um Luft für die Kabine zu komprimieren.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Wenn Nervengift ins Flugzeug gelangt, 28. September 2012
  2. Studie über gemeldete Ereignisse in Verbindung mit der Qualität der Kabinenluft in Verkehrsflugzeugen. In: bfu-web.de. Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung, 7. Mai 2014, abgerufen am 26. Mai 2014 (pdf).