Неконтролируемая декомпрессия — это нежелательное падение давления в герметичной системе, например, в герметичной кабине самолета или барокамере , которое обычно возникает из-за человеческой ошибки , отказа конструкции или удара , в результате чего происходит выброс воздуха из герметичного сосуда в окружающую среду или вообще не происходит нагнетания давления.
Такая декомпрессия может быть классифицирована как взрывная, быстрая или медленная :
Термин неконтролируемая декомпрессия здесь относится к незапланированной разгерметизации сосудов , в которых находятся люди; например, герметичная кабина самолета на большой высоте, космический корабль или барокамера . Для катастрофического отказа других сосудов под давлением, используемых для хранения газа , жидкостей или реагентов под давлением, чаще используется термин взрыв , или другие специализированные термины, такие как BLEVE, могут применяться в определенных ситуациях.
Декомпрессия может произойти из-за структурного отказа сосуда высокого давления или отказа самой системы сжатия. [1] [2] Скорость и интенсивность декомпрессии зависят от размера сосуда высокого давления, перепада давления между внутренней и внешней частью сосуда, а также размера отверстия для утечки.
Федеральное управление гражданской авиации США различает три различных типа декомпрессионных событий в самолетах: взрывная, быстрая и постепенная декомпрессия. [1] [2]
Взрывная декомпрессия обычно происходит менее чем за 0,1–0,5 секунды, изменение давления в кабине происходит быстрее, чем легкие могут декомпрессировать. [1] [3] Обычно время, необходимое для выпуска воздуха из легких без ограничений, таких как маски, составляет 0,2 секунды. [4] Риск травмы легких очень высок, как и опасность от любых незакрепленных предметов, которые могут стать снарядами из-за взрывной силы, которую можно сравнить со взрывом бомбы.
Сразу после взрывной декомпрессии, сильный туман может заполнить салон самолета, поскольку воздух охлаждается, повышая относительную влажность и вызывая внезапную конденсацию. [4] Военные летчики с кислородными масками должны дышать под давлением, при этом легкие наполняются воздухом в расслабленном состоянии, и необходимо приложить усилие, чтобы снова выпустить воздух. [5]
Быстрая декомпрессия обычно занимает более 0,1–0,5 секунды, что позволяет легким декомпрессироваться быстрее, чем кабине. [1] [6] Риск повреждения легких все еще присутствует, но значительно ниже по сравнению со взрывной декомпрессией.
Медленная или постепенная декомпрессия происходит достаточно медленно, чтобы остаться незамеченной, и может быть обнаружена только приборами. [7] Этот тип декомпрессии также может возникнуть из-за отсутствия герметизации салона при наборе высоты самолетом. Примером этого является крушение рейса 522 авиакомпании Helios Airways в 2005 году , когда техническое обслуживание оставило систему герметизации в ручном режиме, а пилоты не проверили систему герметизации. В результате они потеряли сознание (как и большинство пассажиров и членов экипажа) из-за гипоксии (недостатка кислорода). Самолет продолжал лететь благодаря системе автопилота и в конечном итоге потерпел крушение из-за исчерпания топлива после выхода с траектории полета.
Следующие физические травмы могут быть связаны с инцидентами, связанными с декомпрессией:
По крайней мере два подтвержденных случая были задокументированы, когда человека вынесло ветром через пассажирское окно самолета. Первый произошел в 1973 году, когда обломки от отказа двигателя ударили в окно примерно посередине фюзеляжа. Несмотря на попытки втянуть пассажира обратно в самолет, пассажир был полностью выброшен через окно салона. [15] Останки скелета пассажира в конечном итоге были найдены строительной бригадой и были положительно идентифицированы два года спустя. [16] Второй инцидент произошел 17 апреля 2018 года, когда женщину на рейсе 1380 Southwest Airlines частично вынесло ветром через пассажирское окно самолета, которое разбилось из-за аналогичного отказа двигателя. Хотя другие пассажиры смогли втащить ее обратно внутрь, позже она скончалась от полученных травм. [17] [18] [19] В обоих случаях самолет благополучно приземлился, единственным погибшим оказался человек, сидевший рядом с окном.
По словам ученого НАСА Джеффри А. Лэндиса , эффект зависит от размера отверстия, которое может быть расширено мусором, который продувается через него; «потребуется около 100 секунд, чтобы давление выровнялось через отверстие размером примерно 30,0 см (11,8 дюйма) в фюзеляже Boeing 747». Любой, кто заблокирует отверстие, будет иметь силу в полтонны, толкающую его к нему, но эта сила быстро уменьшается с расстоянием от отверстия. [20]
Современные самолеты специально спроектированы с продольными и кольцевыми ребрами жесткости, чтобы предотвратить локальные повреждения от разрыва всего фюзеляжа во время инцидента с декомпрессией. [21] Однако события декомпрессии, тем не менее, оказались фатальными для самолетов другими способами. В 1974 году взрывная декомпрессия на борту рейса 981 Turkish Airlines привела к обрушению пола, в результате чего были разорваны жизненно важные кабели управления полетом. В следующем году FAA выпустило Директиву о летной годности , требующую от производителей широкофюзеляжных самолетов укреплять полы, чтобы они могли выдерживать последствия декомпрессии в полете, вызванной отверстием площадью до 20 квадратных футов (1,9 м2 ) в грузовом отсеке нижней палубы. [22] Производители смогли выполнить Директиву либо путем укрепления полов и/или установки выпускных отверстий, называемых « панелями дадо », между пассажирским салоном и грузовым отсеком. [23]
Двери салона спроектированы так, чтобы сделать практически невозможной потерю давления из-за открытия двери салона в полете, как случайного, так и преднамеренного. Конструкция двери-заглушки гарантирует, что когда давление внутри салона превышает давление снаружи, двери принудительно закрываются и не откроются, пока давление не выровняется. Двери салона, включая аварийные выходы, но не все грузовые двери, открываются внутрь или должны быть сначала потянуты внутрь, а затем повернуты, прежде чем их можно будет вытолкнуть через дверную раму, поскольку по крайней мере один размер двери больше дверной рамы. Герметизация не позволила открыть двери рейса 163 авиакомпании Saudia на земле после того, как самолет совершил успешную аварийную посадку, в результате чего погибли все 287 пассажиров и 14 членов экипажа от огня и дыма.
До 1996 года около 6000 крупных коммерческих транспортных самолетов были сертифицированы для полетов на высоте до 45 000 футов (14 000 м) без необходимости соблюдения особых условий, связанных с полетом на большой высоте. [24] В 1996 году FAA приняло поправку 25–87, которая ввела дополнительные требования к давлению в салоне на большой высоте для новых конструкций типов самолетов. [25] Для самолетов, сертифицированных для полетов на высоте более 25 000 футов (FL 250; 7600 м), они «должны быть спроектированы таким образом, чтобы пассажиры не подвергались воздействию давления в салоне на высоте более 15 000 футов (4600 м) после любого вероятного отказа в системе наддува». [26] В случае декомпрессии, которая возникает в результате «любого состояния отказа, не доказано, что оно крайне маловероятно», самолет должен быть спроектирован таким образом, чтобы пассажиры не подвергались воздействию высоты кабины, превышающей 25 000 футов (7 600 м) в течение более 2 минут, и не превышали высоту 40 000 футов (12 000 м) в любое время. [26] На практике эта новая поправка к FAR устанавливает эксплуатационный потолок в 40 000 футов для большинства новых коммерческих самолетов. [27] [28] [Примечание 1]
В 2004 году Airbus успешно подала петицию в FAA, чтобы разрешить давлению в салоне A380 достигать 43 000 футов (13 000 м) в случае инцидента с декомпрессией и превышать 40 000 футов (12 000 м) в течение одной минуты. Это особое исключение позволяет A380 работать на большей высоте, чем другие недавно разработанные гражданские самолеты, которым пока не предоставлено аналогичное исключение. [27]
Интеграл воздействия декомпрессии (DEI) — это количественная модель , используемая FAA для обеспечения соблюдения директив по проектированию, связанных с декомпрессией. Модель основана на том факте, что давление, которому подвергается субъект, и продолжительность этого воздействия являются двумя наиболее важными переменными, играющими роль в событии декомпрессии. [29]
Другие национальные и международные стандарты испытаний на взрывную декомпрессию включают:
Инциденты, связанные с декомпрессией, не являются редкостью на военных и гражданских самолетах, ежегодно во всем мире происходит около 40–50 случаев быстрой декомпрессии. [30] Однако в большинстве случаев проблема поддается управлению, травмы или повреждения конструкции случаются редко, а инцидент не считается значительным. [8] Одним из примечательных недавних случаев был рейс 1380 авиакомпании Southwest Airlines в 2018 году, когда неконтролируемый отказ двигателя привел к разрыву окна, в результате чего пассажир частично вылетел наружу. [31]
Инциденты с декомпрессией происходят не только в самолетах; авария с Byford Dolphin является примером сильной взрывной декомпрессии системы насыщенного дайвинга на нефтяной вышке . Декомпрессионное событие часто является результатом отказа, вызванного другой проблемой (например, взрывом или столкновением в воздухе), но декомпрессионное событие может усугубить первоначальную проблему.
В 2004 году телешоу MythBusters исследовало, происходит ли взрывная декомпрессия, когда пуля выстреливает через фюзеляж самолета, неофициально с помощью нескольких тестов с использованием списанного герметичного DC-9. Одиночный выстрел через бок или окно не имел никакого эффекта — для того, чтобы вызвать взрывную декомпрессию, требовалась настоящая взрывчатка — что предполагает, что фюзеляж спроектирован так, чтобы не допустить выбивания людей. [70] Профессиональный пилот Дэвид Ломбардо утверждает, что пулевое отверстие не окажет никакого воспринимаемого эффекта на давление в салоне, поскольку отверстие будет меньше отверстия выпускного клапана самолета . [71]
Однако ученый НАСА Джеффри А. Лэндис отмечает, что воздействие зависит от размера отверстия, которое может быть расширено обломками, которые пролетают через него. Лэндис продолжил, сказав, что «потребуется около 100 секунд, чтобы давление выровнялось через отверстие размером примерно 30,0 см (11,8 дюйма) в фюзеляже Boeing 747». Затем он заявил, что любого, кто сидит рядом с отверстием, будет тянуть к нему сила примерно в полтонны. [72] Было задокументировано по крайней мере два подтвержденных случая, когда человека выбрасывало через пассажирское окно самолета. Первый произошел в 1973 году , когда обломки от отказа двигателя ударили в окно примерно посередине фюзеляжа. Несмотря на попытки втянуть пассажира обратно в самолет, пассажир был полностью выброшен через окно салона. [15] Останки скелета пассажира в конечном итоге были найдены строительной бригадой и были положительно идентифицированы два года спустя. [16] Второй инцидент произошел 17 апреля 2018 года, когда женщину на рейсе 1380 авиакомпании Southwest Airlines частично вынесло через пассажирское окно самолета, которое разбилось из-за аналогичного отказа двигателя. Хотя другие пассажиры смогли втащить ее обратно внутрь, позже она скончалась от полученных травм. [17] [18] [19] В обоих инцидентах самолет благополучно приземлился, и единственным погибшим оказался человек, сидевший рядом с вовлеченным окном. Вымышленные рассказы об этом включают сцену в «Голдфингере» , когда Джеймс Бонд убивает одноименного злодея, выбив его из пассажирского окна [73] , и «Умри, но не сейчас» , когда случайный выстрел разбивает окно в грузовом самолете и быстро расширяется, в результате чего несколько вражеских чиновников, приспешников и главный злодей оказываются вытянутыми наружу и погибают.
Этот устойчивый миф основан на неспособности различать два типа декомпрессии и их преувеличенном изображении в некоторых художественных произведениях . Первый тип декомпрессии связан с изменением от нормального атмосферного давления (одна атмосфера ) до вакуума (нулевая атмосфера), что обычно связано с исследованием космоса . Второй тип декомпрессии заключается в изменении от исключительно высокого давления (много атмосфер) до нормального атмосферного давления (одна атмосфера), что может произойти при глубоководном погружении .
Первый тип более распространен, поскольку снижение давления от нормального атмосферного давления до вакуума можно обнаружить как в космических исследованиях, так и в высотной авиации . Исследования и опыт показали, что, хотя воздействие вакуума вызывает отек, человеческая кожа достаточно прочна, чтобы выдержать падение в одну атмосферу . [74] [75] Наиболее серьезным риском от воздействия вакуума является гипоксия , при которой организм испытывает кислородное голодание , что приводит к потере сознания в течение нескольких секунд. [76] [77] Быстрая неконтролируемая декомпрессия может быть гораздо опаснее, чем само воздействие вакуума. Даже если жертва не задерживает дыхание, вентиляция через трахею может быть слишком медленной, чтобы предотвратить фатальный разрыв нежных альвеол легких . [78] Барабанные перепонки и пазухи также могут быть разорваны быстрой декомпрессией, а мягкие ткани могут быть затронуты синяками , просачивающимися кровью. Если жертва каким-то образом выживет, стресс и шок ускорят потребление кислорода, что приведет к гипоксии с быстрой скоростью. [79] При крайне низком давлении, возникающем на высоте более 63 000 футов (19 000 м), точка кипения воды становится ниже нормальной температуры тела. [74] Эта мера высоты известна как предел Армстронга , который является практическим пределом высоты, на которой можно выжить без герметизации. Вымышленные рассказы о взрывах тел из-за воздействия вакуума включают, среди прочего, несколько инцидентов в фильме « Чужестранка» , в то время как в фильме «Вспомнить все » персонажи, по-видимому, страдают от эффектов эбуллизма и кипения крови при воздействии атмосферы Марса .
Второй тип встречается редко, поскольку он включает в себя падение давления более чем на несколько атмосфер, что потребовало бы помещения человека в сосуд под давлением. Единственная вероятная ситуация, в которой это может произойти, — это декомпрессия после глубоководного погружения. Падение давления всего лишь на 100 торр (13 кПа), которое не вызывает никаких симптомов, если оно постепенное, может быть фатальным, если оно происходит внезапно. [78] Один из таких инцидентов произошел в 1983 году в Северном море , где сильная взрывная декомпрессия с девяти атмосфер до одной привела к мгновенной смерти четырех дайверов от массивной и смертельной баротравмы . [80] Театрализованные вымышленные рассказы об этом включают сцену из фильма «Лицензия на убийство » , когда голова персонажа взрывается после того, как его гипербарическая камера быстро разгерметизируется, и еще одну в фильме «Глубокая звезда шесть» , где быстрая разгерметизация заставляет персонажа сильно кровоточить , прежде чем взорваться аналогичным образом.
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )[A]t 40 000 футов (12 200 м) давление
Международной стандартной атмосферы
(ISA) составляет всего около 18,8 кПа (2,73 фунта на квадратный дюйм), а температура воздуха составляет около
−56,5
°C (217
K)
.
Температура кипения
воды при этом атмосферном давлении составляет около
−59
°C (332
K)
. Выше 63 000 футов или 19 200 м (
линия Армстронга
) давление окружающей среды ISA падает ниже 6,3 кПа (0,91 фунта на квадратный дюйм), а температура кипения воды достигает нормальной температуры человеческого тела (около 37 °C). Любое длительное воздействие такой среды может привести к
эбуллизму
, аноксии и окончательной смерти через несколько минут. Это действительно очень враждебные условия для жизни человека.
...техник по скафандрам, находившийся внутри восьмифутовой [240 см] барокамеры, потерял сознание, когда его скафандр Apollo потерял давление из-за отсоединения кислородного шланга. Во время аварии камера находилась на высоте примерно 150 000 [эквивалентных] футов [46 000 м]...
Расследование аварии 51-L Challenger показало, что CM Challenger остался целым, и экипаж смог предпринять некоторые немедленные действия после разрушения корабля, хотя перегрузки были намного выше из-за аэродинамических нагрузок (оценивается в 16 G - 21 G).5 Экипаж Challenger быстро стал недееспособным и не смог завершить активацию всех систем подачи воздуха для дыхания, что привело к выводу о том, что произошла выводящая из строя разгерметизация кабины. Для сравнения, экипаж Columbia испытал более низкие нагрузки (~3,5 G) при CE. Тот факт, что никто из членов экипажа не опустил забрала, убедительно свидетельствует о том, что экипаж был недееспособен после CE из-за быстрой разгерметизации. Хотя количественный вывод относительно скорости разгерметизации кабины сделать невозможно, вероятно, что скорость разгерметизации кабины была достаточно высокой, чтобы вывести из строя экипаж за считанные секунды. Вывод L1-5. Разгерметизация вывела из строя членов экипажа так быстро, что они не смогли опустить забрала шлемов.
Это не все вымысел. Если бы окно авиалайнера разбилось, сидящий рядом с ним человек либо вылетел бы в дыру, либо заткнул бы ее — что было бы не очень удобно.