Zapfluft

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)

Kühlung von Strahltriebwerksteilen

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

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)

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

Zapfluftentnahme ist ein einfaches und bewährtes System, das mit 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 ein Überhitzen der Turbine zu verhindern. 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, da man sich dadurch einen verringerten Treibstoffverbrauch verspricht. Der Betrieb der Klimaanlage und der Hilfsaggregate soll dann komplett elektrisch funktionieren, weshalb die Triebwerke zum Ausgleich wesentlich stärkere Generatoren bekommen.

Des Weiteren wird immer mehr bemängelt, dass Vergiftungen durch Öldämpfe entstehen können, wenn die Luft auf Grund eines Abdichtungsschadens ungefiltert in die Kabine eingeleitet wird. In der Vergangenheit ist es immer wieder zu Zwischenfällen mit kontaminierter Zapfluft gekommen.^[1] Diese Vergiftung kann zu einem aerotoxischen Syndrom führen.

Daher müssten mit Zapfluft betriebene Systeme, wie die Herstellung des Kabinendrucks sowie der Enteisung, dann auf andere Weise erfolgen. 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

1. ↑ Gift im Flieger?, 29. März 2010, WDR Fernsehen