Unter einer Druckkabine wird in der Luft- und Raumfahrt eine druckfeste Bauform von Passagierkabine, Cockpit oder Frachtraum für höher fliegende Flugzeuge oder Raumschiffe verstanden, die Menschen und Tieren den Aufenthalt unter diesen beeinträchtigenden bis lebensfeindlichen Bedingungen ermöglicht. Das wird durch einen in der Druckkabine aufrechterhaltenen gegenüber der Umgebung erhöhten Luftdruck erreicht.
Der Luftdruck in der Kabine lässt sich in Relation zu einer bestimmten Höhe ausdrücken. Statt vom Luftdruck in der Kabine wird daher auch von Kabinenhöhe (engl. cabin altitude) oder genauer der Kabinendruckhöhe gesprochen. Die Kabinenhöhe wird im Flug reguliert und soll sich im Bereich von −200 ft (−60 m) bis +8000 ft (+2438 m) bewegen. Der Druck in der Kabine soll also einem Luftdruck in dieser Höhe entsprechen.
Wird der Luftdruck in der Kabine erhöht, dann sinkt die Kabinenhöhe, was auch als Sinkflug der Kabine bezeichnet wird. Umgekehrt steigt die Kabinenhöhe (Steigflug der Kabine), wenn der Druck in der Kabine gesenkt wird. Die Kabinenhöhe ist in Analogie zur Flughöhe zu sehen, die auf den Umgebungsdruck (Druckhöhe, siehe Dichtehöhe) bezogen wird. In einem Flugzeug ohne Druckkabine sind Flughöhe und Kabinenhöhe identisch. Dass durch den Fahrtwind leichte Druckabweichungen in der Kabine herrschen können, wird bei dieser Betrachtung vernachlässigt.
Die Druckverhältnisse ändern sich während eines Fluges erheblich. Bereits in einer Höhe von 18.000 ft (ca. 5450 m) hat sich der Luftdruck der Außenluft halbiert, in 34.000 ft (ca. 10.300 m) beträgt er nur noch ein Viertel.
Die Kabine eines Flugzeugs, das sich im Steigflug befindet, dehnt sich wegen des abnehmenden Außendrucks bei gleich bleibendem Innendruck aus. Im Sinkflug verringert sich die Ausdehnung der Kabine wieder. (Abbildung 1)
Die erlaubte Differenz zwischen Innendruck und Außendruck (Differenzdruck, delta P, ΔP; maximaler Druckunterschied oder engl. pressure differential auch differential pressure) ist durch die Bauweise (Gewicht) der Kabine begrenzt, aber auch durch das Verhalten der Kabine bei plötzlicher Dekompression. Wegen dieser konstruktionsbedingten Begrenzung muss der Innenkabinendruck gegenüber dem Druck auf Meereshöhe abgesenkt werden, wenn das Flugzeug in großen Höhen fliegt (Abbildung 2 und 3). Bei einem Kabinendruck nach dem Start von konstant auf 0 m Kabinenhöhe (= Meereshöhe) wäre der Druck in der Kabine gegenüber dem Außendruck größer, so dass die Flugzeughülle stabiler dimensioniert werden müsste, um nicht durch Materialermüdung zu versagen.
Bei einer Druckdifferenz von 0,6 bar beträgt der Innendruck auf die Innenwand der Druckkabine ungefähr sechs Tonnen je Quadratmeter.
Je nach Flugphase wird der Druck in der Druckkabine allmählich geändert oder konstant gehalten.
Im Steigflug (engl. climb) muss die Kabinenhöhe steigen (Luftdruck sinkt in der Kabine). Das Auslassventil (siehe unten) wandert in eine weiter geöffnete Position (gegenüber dem stabilen Zustand, beispielsweise am Boden oder im Reiseflug).
Im Sinkflug (engl. descent) muss die Kabinenhöhe sinken (Luftdruck steigt in der Kabine). Das Auslassventil schließt etwas mehr.
Im Reiseflug (engl. cruise) muss die Kabinenhöhe konstant auf einem hohen Wert gehalten werden („Dienstgipfelhöhe der Kabine“, niedriger Luftdruck in der Kabine im Vergleich zur Meereshöhe). Unter stabilisierten Bedingungen mit konstanter Kabinenhöhe ist die Luftmenge, die durch das Auslassventil fließt, gleich der Luftmenge, die von der Klimaanlage (Pack) geliefert wird, minus der durch Leckage verlorenen Luft. Das Auslassventil ist teilweise geöffnet.
Während Start und Landung (engl. take off and landing) wird die Kabinenhöhe etwas unter Platzniveau abgesenkt, das bedeutet, dass der Kabinendruck etwas erhöht wird. In dieser Situation kann nämlich bei einem großen Rotationswinkel (zeitweilig großer Anstellwinkel) der Luftstrom teilweise gegen das Auslassventil im Heckbereich und die ausströmende Luft gerichtet sein. Durch Staudruckwirkung kann ein plötzlicher Druckanstieg innerhalb der Kabine verursacht werden. Durch kurzzeitige Erhöhung des Kabinendrucks (engl. ground pressurisation) beim Start und bei der Landung um ca. 0,1 PSI (entsprechend einer Kabinenhöhe von 200 ft unterhalb der Flugplatzhöhe oder 0,007 bar = 7 mbar) lässt sich dieser Effekt vermeiden (Abbildung 2). Flugzeuge, die keine Zapfluft (engl. bleed-air) nutzen, benötigen keine ground pressurisation.
Bei einigen Mustern wird standardmäßig, bei den anderen nur bei Bedarf, „packless“ gestartet (packs sind die Hauptaggregate der Klimaanlage im Flugzeug: packless = mit ausgeschalteten packs) – damit erhöht sich der effektive Triebwerksschub, denn die Triebwerksleistung wird nicht durch die abgezweigte Zapfluft aus der Verdichterstufe des Triebwerkes gemindert, die für den Betrieb der packs benötigt wird. Diese zusätzliche Triebwerksleistung (durch Ausschalten der packs) wird besonders benötigt bei hohem Startgewicht, hohen Außentemperaturen oder Flugplätzen mit niedrigem Luftdruck (z. B. Gebirge).
Eine Druckkabine erfordert einen wesentlich höheren konstruktiven Aufwand. Einerseits führt das zu einer vermehrten Gewichtsbelastung. Andererseits muss der Kabinendruck aufwendig reguliert werden, um Unterdruck oder Überdruck in der Kabine zu vermeiden.
Ein Flugzeug mit Druckkabine ist nicht hermetisch dicht, es wird ständig Frischluft zugeführt und ein Teil der verbrauchten Luft aus dem Flugzeug abgelassen. Die Triebwerke und nachgelagerten Packs (Klimaanlage im Flugzeug) liefern die dafür notwendige Luft. Zusätzliche Turbokompressoren unterstützen bei älteren Maschinen die Triebwerke, bis etwa in die 1960er Jahre. Neu ist die ausschließliche Erzeugung der Druckluft mit einem Elektrokompressor (Boeing 787). Automatisch arbeitende Ventile (siehe unten) regulieren dann den Druck in der Druckkabine durch Rückstau oder Entweichen – die Zuluftmenge ist ungeregelt.
Konstruktive Schwachpunkte bei der Abdichtung des Flugzeuges und für die Stabilität bei hohem Innendruck sind:
die Flugzeugtüren (einschließlich Frachttüren),
das hintere Druckschott (engl. rear pressure bulkhead).