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Theseus-FE Applications
Analysis & Optimization of Thermal Passenger Comfort in Aircraft Cabins
항공기의 환경 제어 시스템 (ECS : Environmental Control Systems)
항공기 환경 제어 시스템(ECS)의 주요 임무는 승무원과 승객들에게 적절한 산소 및 압력을 제공하고, thermal control을 하는 것입니다.
다음 범위 내에서 각 승객에게 0.55 lb/min의 신선한 공기를 공급해야합니다.
적절한 수준의 산소
습도(Moisture Level) : 7~15%
온도(Temperature) : 21~25°C
압력(Pressure Level) : 약 750 hPa
원하는 기내 압력은 오래된(나쁜) 공기 배출을 제어하고 조절합니다. 재순환 공기(Recirculation air)와 신선한 공기는 거의 동일한 비율로 섞이게 됩니다.
정상 비행의 경우 객실 온도는 21-25°C로 조절됩니다. 더운 날 지상에서 비행기를 식히기위해 필요한 냉각 전력은 승객 당 약 150-200W로 추정됩니다. 탑승 가능 승객이 350명인 대용량 항공기의 경우 50kW 이상의 냉각용량(Cooling Capacity)이 필요합니다.
해발 높이에 따른 주변 공기의 온도 변화 범위
ECS 시스템을 운영 할 때 Dynamic Load Case를 통해 효율성이 입증됩니다.
일반적인 여름철 Load Case : 40°C에서 24°C로 냉각
일반적인 겨울철 Load Case : -25°C에서 21°C로 가열
30분 내에 목표로하는 객실 온도를 만들어야합니다. 겨울철 Load Case를 진행하기 위해서는 가열하는 과정에서 최대 70°C의 신선한 공기 온도가 필요합니다. 총 연료 소비량(Total Fuel Consumption) 대비 환경 제어 시스템(ECS)에 필요한 연료의 비율은 약 5%입니다.
지상에 있는동안 여름철 Load Case의 경우 ECS 전력의 약 25%가 공기의 제습(Dehumidification)에 사용됩니다. 요즘에는 이를 위해 High-Pressure Water Separator가 사용되는데 이는 고압의 공기가 정상 압력의 공기보다 물을 덜 흡수한다는 점을 활용한 것입니다.
항공기 객실 Climatization에 대한 다양한 Concepts
항공기 객실의 Thermal Comfort
기내에서는 계절에 따라 항상 적절한 온도가 유지되어야 하며, 승객이 깨어있거나 자는 등의 활동에 따라 바뀔 수 있습니다.
일부 불편한(Local Discomfort) 이유는 다음과 같습니다.
머리나 목 부위의 심한 기류(Intense Air Flow)
차가운 발
창가 좌석에 태양 복사열(Solar Radiation)
기내 Seat 접촉으로 인한 땀 (특히 장거리 비행의 경우)
실내 환기 시스템(Cabin Ventilation System)을 설계 할 때 일반적으로 비대칭이나 균일하지 않은 열 조건(Thermal Conditions)은 피해야합니다. 승객의 Local Comfort 지수를 비교하려면 세분화 된 CFD 시뮬레이션과 결합 된 THESEUS‑FE의 thermophysiological human model을 사용하여 열 시뮬레이션(Thermal Simulations)을 수행하는 것이 적절합니다. Climatization Concept의 다양한 변형은 비용 집약적인(Cost-Intensive)인 프로토타입 없이도 쉽게 분석할 수 있게 합니다.
항공기 Shell과 승객의 Solar loads
승객이 탑승한 고급 항공기 객실 모델 THESEUS‑FE GUI
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