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Messung von Kabinentemperatur, Luftströmungen und Geräuschpegeln für ultimativen Passagierkomfort im Personentransport
Neben der kontinuierlichen Entwicklung eines Fahrzeugs hin zu verbesserter Antriebstechnik und modernem Design gewinnt auch der Kabinenkomfort immer mehr an Bedeutung. Für den Komfort der Passagiere müssen Kabinenklima, Geräusche und Schwingungen optimal abgestimmt werden. Beeinflusst sowohl von den äußeren Umgebungsbedingungen als auch von der Leistung des HLK-Systems (Heizung, Lüftung, Klimatechnik) muss das richtige Gleichgewicht erreicht und aufrechterhalten werden.
Wie wird das erreicht?
Ausgewogene Temperaturverhältnisse werden normalerweise durch Kühlen oder Heizen der Kabine erreicht. Die Herausforderung besteht darin, zu verhindern, dass sich die Außentemperatur über die Struktur nach innen fortpflanzt. Die Verkleidung des Fahrzeugs und die Thermodecke wirken als Schild, und je nachdem, wie das Lüftungssystem positioniert ist, kühlt sich die Luftströmung in der Fahrzeugkabine ab oder erwärmt sich langsamer oder schneller. Sobald die richtige Temperatur erreicht ist, geht es darum, gleichmäßige und angenehme Temperaturen und Luftströmungen im gesamten Kabinenraum aufrechtzuerhalten.
Der Komfort der Passagiere hängt jedoch auch von einem akzeptablen Geräuschpegel ab, wobei Schall- und Schwingungsmessungen eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung des Komforts in der Kabine spielen.
So erreichen Sie den idealen Kabinenkomfort: Simulation und physische Tests
Passagiere mögen ein einheitliches Kabinenklima und einen akzeptablen Geräuschpegel. HLK-Systeme regeln die Luftströmungen — und damit Heizen, Kühlen und Feuchte — vorzugsweise geräuschlos. Da Komfort gemeinsame objektive Kriterien hat, gleichzeitig jedoch sehr subjektiv ist, können Hersteller ihre HLK-Setups individualisieren, um den Fahrgastkomfort zu optimieren.
Die Verbesserung des Kabinenklimas und Entwicklung des idealen HLK-Systems erfordert normalerweise verschiedene Schritte im Rahmen der Entwicklung und realer Tests bis zur Produktionsfreigabe. Nach der Entwicklung einer Konstruktion helfen sowohl Simulation als auch physische Tests bei der Analyse der Auswirkungen eines HLK-Systems auf die Kabinenumgebung.
Zur Entwicklung und Prüfung des Kabinenkomforts sind drei Verfahren unerlässlich:
Simulation von thermischen und Luftströmungen - dies hilft Ingenieuren, das Design vor dem Bau von Prototypen zu verstehen
Physische Prüfung von thermischen und Luftströmungen - zur Validierung von Prototypen in extremen Umgebungen (Kälte, Hitze) und mit unterschiedlichen Kapazitäten (Anzahl der Personen und deren Sitzplätze)
Akustische Analyse — dies hilft bei der Definition der Zielvorgaben für den Gesamtgeräuschpegel
Das Kabinenklima verstehen und verbessern
Der Komfort und die Gesundheit der Passagiere sind von grundlegender Bedeutung für ein neues oder überarbeitetes Design von Flugzeugen oder Eisenbahnwagen und -abteilen, das ein optimales, angenehmes Klima (Luftströmungen, Temperatur, Luftfeuchte, Druck), einen akzeptablen Innengeräuschpegel sowie frische und saubere Luft im Interesse der allgemeinen Gesundheit und zur Erfüllung von CO2-Regelungen gewährleistet.
Zur Sicherstellung eines angenehmen Kabinenklimas müssen Klimaanlagen (HLK) folgende Variablen berücksichtigen:
- Außentemperatur und Luftfeuchte
- Einfluss von direktem Sonnenlicht auf die Fensterplätze
- Wärmequellen in der Kabine
- Strömung von außen und durch Luftaustritt aus Klimaanlagen
- Kabinentemperatur und Luftfeuchte und deren Verteilung (besonders an Kopf und Füßen)
Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen all diesen Klima- und akustischen Parametern ist der Schlüssel zum Erfolg und für eine komfortable Reise - die Optimierung einer Vielzahl von Parametern mit minimalem Materialaufwand für maximale Wirkung.
CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics)
Die numerischen Simulationen der Luftströmungen, einschließlich der Wärmeübertragung in Festkörpern und Konvektion um Strukturen und Passagiere, werden durch Verknüpfung von Strömungssimulationen unter Verwendung von CFD mit FEA-Berechnungen (Finite-Elemente-Analyse) für die thermischen Aspekte durchgeführt.
Auf dieser Grundlage ist es möglich, den Einfluss des HLK-Systems auf die Kabinenumgebung zu simulieren und zu analysieren, z. B. die Zeit zum Herunterkühlen, die Temperaturverteilung in der Luft und in Strukturen sowie Luftströmungsgeschwindigkeiten.
Diese Ergebnisse können zur Analyse der Leistung des HLK-Systems und des Fahrgastkomforts genutzt werden, um das Kabinenklima letztendlich auf das ultimative Komfortniveau zu heben.
RUAG AG: Spezialist für die Analyse von Luftströmungen
Der Kunde und Partner von HBK, RUAG aus der Schweiz, liefert und betreibt mehrere Windkanäle, die mit Hilfe von HBK-Produkten Messdaten von hoher Qualität aufzeichnen, verarbeiten und auswerten.
Ergänzend zur experimentellen Datenvalidierung ermöglichen die CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) und Analyse physikalischer Prozesse überall dort eine detaillierte Auswertung, wo Tests im Windkanal möglicherweise nicht ausreichen. Numerische Simulationen decken ein breites Anwendungsspektrum ab, einschließlich der dynamischen FSI (Fluidstruktur-Interaktion), und sind ideal für vorläufige Konfigurationsstudien.
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Physische Tests von thermischen und Luftströmungen
Physische Tests beginnen mit dem ersten Prototypen des Kabineninnenraums, der einem physischen Validierungstestprogramm unterzogen werden muss
Diese umfassen die Durchführung einiger Versuche in Klimakammern, in denen reale Außenbedingungen simuliert werden - zum Beispiel für Flugzeugtests: Flughöhen bis zu mehreren tausend Fuß und Außentemperaturen von —60 °C bis +50 °C - bei unterschiedlicher Luftfeuchte, künstlicher Sonneneinstrahlung und den verschiedenen Betriebsarten des HLK-Systems.
Zur Durchführung der Tests werden Hunderte von Sensoren über die gesamte Kabine verteilt in einem Netzwerk installiert, um Temperatur, Luftfeuchte, Druck und Luftströmungen zu messen, hinzu kommen IR-Kameras (Infrarot).
Die physischen Tests können mehrere Stunden oder sogar Tage dauern, da die Testumgebung (Klimakammer) oft so groß ist, dass Temperaturregelung und -ausgleich einige Zeit in Anspruch nehmen.
Der Testvorgang erfordert zuverlässige und stabile Messgeräte zur einfachen und flexiblen Erfassung der Daten verschiedener Sensortypen. Um hochpräzise Einblicke in die Daten zu erhalten, müssen unbeaufsichtigte Tests und Aufzeichnungen mit Datenerfassungssystemen durchgeführt werden, die den rauen Bedingungen der Klimakammer standhalten, beispielsweise das Datenerfassungssystem SomatXR von HBK. Post-Processing-Tools für Tests mit hoher Kanalanzahl helfen bei der Extraktion, Visualisierung und Analyse großer Mengen an Messdaten.
Akustische Analyse
Der Kabinenkomfort wird auch durch den Einfluss von Geräuschen und Schwingungen bestimmt. Zielvorgaben für den Gesamtgeräuschpegel, beispielsweise für ein neu entwickeltes Flugzeug, basieren nicht nur auf Simulation, sondern auch auf physischen Tests und der Messung und Analyse bestehender Kabinen. Anschließend erfolgt eine Übertragung der Daten auf Ebenen des Antriebs, der Gesamtakustik und des Materials zur Schallminderung im Flugzeugrumpf.
Für das Innenraumgeräusch von Flugzeugen hat jeder Flugzeughersteller seine eigenen Richtlinien anstelle von festen Vorschriften oder Normen. Unterschiedliche Antriebsarten (Strahlturbine, Turbo-Prop, Elektro) müssen ebenfalls berücksichtigt werden, da sie alle unterschiedliche Geräuschsignaturen aufweisen.
Bei der akustischen Modellierung wie bei physischen Tests müssen Ingenieure die Schallpfade und die Schallausbreitung von der Schallquelle außen nach innen verstehen. Luftverwirbelungen erzeugen breitbandige Geräusche im Inneren, die zum dominantesten Faktor werden. Die Isolation wird dann als optimaler Kompromiss zwischen Geräuschpegel, Wärmeklima, Gewicht und Kosten angepasst. Das Spektrum wird am besten im Rahmen von Standschwingungstests analysiert, ist aber auch Teil von Flugtests.
Entscheiden Sie sich für umfassende Exzellenz in der Messtechnik mit Systemen von HBK
HBK bietet den idealen Aufbau nicht nur für thermische und Luftströmungstests in Kabinen, sondern auch für die akustische Analyse. Hochpräzise Datenerfassungssysteme und Software zur exzellenten Datenauswertung helfen Ihnen bei der finalen Gestaltung des idealen Kabinenkomforts.
Ihre Vorteile: genaue Messungen, Skalierung auf eine beliebige Anzahl von Kanälen — verteilte oder zentralisierte, leistungsstarke Datenvalidierung.
Messung & Analyse
Leistungsstarke und flexible Datenintegration: Die Datenerfassungssysteme QuantumX und SomatXR messen Tausende von Kanälen mit paralleler Datenerfassung und -steuerung.-
Die Software catman Enterprise ermöglicht die Visualierung und Erfassung aller physischen Messdaten.
Anhand all dieser Daten kann das HLK-System in der Kabine optimiert und die Simulationsmodelle angepasst werden.
Akustische Kamera
Die Akustische Kamera von HBK, ein Aufbau aus Mikrofonarrays und LAN-XI-Datenerfassungssystemen, ermöglicht eine zuverlässige Schallquellenortung, Messungen und Datenerfassung.-
Wir gehen einen Schritt weiter: Zusätzlicher Service und Support
Unser Service- und Supportteam unterstützt Sie bei allen Fragen zu Anwendungen der Prüf- und Messtechnik. Wir bieten:
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