stringtranslate.com

Наддув кабины

Фюзеляж авиалайнера, такого как Боинг 737 , образует почти цилиндрический сосуд под давлением.

Наддув кабины — это процесс, при котором кондиционированный воздух закачивается в кабину самолета или космического корабля с целью создания безопасной и комфортной среды для людей, летающих на больших высотах. У самолетов этот воздух обычно отбирают из газотурбинных двигателей на ступени компрессора, а у космических аппаратов он переносится в баках высокого давления, часто криогенных . Воздух охлаждается, увлажняется и смешивается с рециркулируемым воздухом с помощью одной или нескольких систем климат-контроля , прежде чем он подается в кабину. [1]

Первые экспериментальные системы наддува использовались в 1920-х и 1930-х годах. В 1940-х годах на вооружение поступил первый коммерческий самолет с гермокабиной . [2] Эта практика получила широкое распространение десять лет спустя, особенно с появлением в 1949 году британского реактивного лайнера Comet de Havilland . Однако две катастрофические аварии в 1954 году временно остановили полет Comet во всем мире. [3] Были исследованы причины, и выяснилось, что это сочетание прогрессирующей усталости металла и напряжений в обшивке самолета, вызванных повышенным давлением. Улучшенные испытания включали в себя несколько полномасштабных циклических испытаний всего фюзеляжа под давлением в резервуаре с водой [3] , а изученные ключевые инженерные принципы были применены при проектировании последующих реактивных авиалайнеров.

Некоторые самолеты имеют необычные потребности в повышении давления. Например, сверхзвуковой авиалайнер «Конкорд» имел особенно высокий перепад давления из-за полета на необычно большой высоте: до 60 000 футов (18 288 м) при сохранении высоты салона 6 000 футов (1829 м). Это увеличило вес планера и привело к использованию окон кабины меньшего размера, предназначенных для замедления скорости декомпрессии в случае возникновения разгерметизации.

Инцидент с рейсом 243 авиакомпании Aloha Airlines , в котором участвовал Боинг 737-200 , у которого произошла катастрофическая поломка кабины во время полета, был в первую очередь вызван продолжающейся эксплуатацией самолета, несмотря на то, что количество циклов полета было более чем в два раза больше, чем было рассчитано на планер. [4] Для повышения комфорта пассажиров некоторые современные авиалайнеры, такие как Boeing 787 Dreamliner и Airbus A350 XWB , имеют уменьшенную высоту рабочей кабины, а также более высокий уровень влажности; использование композитных планеров способствовало внедрению таких методов, обеспечивающих максимальный комфорт.

Необходимость герметизации кабины

Органы управления наддувом на Боинге 737-800

Герметизация становится все более необходимой на высоте более 10 000 футов (3 048 м) над уровнем моря , чтобы защитить экипаж и пассажиров от риска ряда физиологических проблем, вызванных низким давлением наружного воздуха выше этой высоты. Члены экипажа частных самолетов, выполняющих рейсы в США, обязаны использовать кислородные маски, если высота кабины (показатель давления воздуха, см. ниже) остается выше 12 500 футов (3810 м) в течение более 30 минут или если высота кабины достигает высоты 14 000 футов (4267 м) в любое время. На высоте более 15 000 футов (4572 м) пассажирам также необходимо предоставить кислородные маски. На коммерческих самолетах высота кабины должна поддерживаться на уровне 8000 футов (2438 м) или меньше. Герметизация грузового отсека также необходима для предотвращения повреждения чувствительных к давлению грузов, которые могут протечь, расшириться, лопнуть или раздавиться при повторном повышении давления. [ нужна цитата ] Основные физиологические проблемы перечислены ниже [ нужна цитата ] .

Гипоксия
Более низкое парциальное давление кислорода на большой высоте снижает альвеолярное напряжение кислорода в легких, а затем и в мозге, что приводит к вялому мышлению, помутнению зрения, потере сознания и, в конечном итоге , к смерти . У некоторых людей, особенно с заболеваниями сердца или легких, симптомы могут начаться уже на высоте 5000 футов (1524 м), хотя большинство пассажиров могут переносить высоту до 8000 футов (2438 м) без каких-либо побочных эффектов. На этой высоте кислорода примерно на 25% меньше, чем на уровне моря. [5]
Гипоксию можно устранить путем введения дополнительного кислорода либо через кислородную маску , либо через назальную канюлю . Без создания давления достаточное количество кислорода можно доставить на высоту около 40 000 футов (12 192 м). Это связано с тем, что человеку, привыкшему жить на уровне моря, для нормального функционирования требуется парциальное давление кислорода около 0,20 бар (20 кПа; 2,9 фунтов на квадратный дюйм) , и это давление можно поддерживать примерно до 40 000 футов (12 192 м), увеличивая мольную долю. кислорода в воздухе, которым дышат. На высоте 40 000 футов (12 192 м) давление окружающего воздуха падает примерно до 0,2 бар, при этом для поддержания минимального парциального давления кислорода на уровне 0,2 бара требуется вдыхать 100% кислород с помощью кислородной маски .
Маски для аварийной подачи кислорода в пассажирском салоне авиалайнеров не обязательно должны быть масками с давлением, поскольку большинство рейсов выполняются на высоте ниже 40 000 футов (12 192 м). Выше этой высоты парциальное давление кислорода упадет ниже 0,2 бар даже при 100% кислороде, и во избежание риска гипоксии будет необходима некоторая степень наддува кабины или быстрый спуск.
Высотная болезнь
Гипервентиляция , наиболее распространенная реакция организма на гипоксию, действительно помогает частично восстановить парциальное давление кислорода в крови, но она также вызывает выделение углекислого газа (CO 2 ), повышая pH крови и вызывая алкалоз . Пассажиры могут испытывать усталость, тошноту , головные боли, бессонницу и (на длительных рейсах) даже отек легких . Это те же симптомы, которые испытывают альпинисты, но ограниченная продолжительность полета с двигателем делает маловероятным развитие отека легких. Высотную болезнь можно контролировать с помощью скафандра со шлемом и лицевой панелью, который полностью окутывает тело в среде под давлением; однако это непрактично для коммерческих пассажиров.
Декомпрессионная болезнь
Низкое парциальное давление газов, в основном азота (N 2 ), но включая все другие газы, может привести к осаждению растворенных газов в кровотоке, что приведет к газовой эмболии или образованию пузырьков в кровотоке. Механизм тот же, что и у водолазов на сжатом воздухе при всплытии с глубины. Симптомы могут включать ранние симптомы «изгибов» — усталость, забывчивость, головную боль, инсульт, тромбоз и подкожный зуд — но редко их полные симптомы. Декомпрессионную болезнь также можно контролировать с помощью скафандра полного давления, как и при высотной болезни.
Баротравма
Когда самолет набирает высоту или снижается, пассажиры могут испытывать дискомфорт или острую боль, поскольку газы, попавшие в их тела, расширяются или сжимаются. Наиболее распространенные проблемы возникают из-за попадания воздуха в среднее ухо (аэротит) или околоносовые пазухи из-за закупорки евстахиевой трубы или пазух. Боль также может ощущаться в желудочно-кишечном тракте или даже в зубах ( бародонталгия ). Обычно они не настолько серьезны, чтобы вызвать настоящую травму, но могут привести к болезненности в ухе, которая сохраняется после полета [6] и может усугубить или спровоцировать ранее существовавшие заболевания, такие как пневмоторакс .

Высота кабины

Пустая бутылка, запечатанная на высоте 11 000 м (37 000 футов), разбивается при спуске до уровня моря по сравнению с бутылкой в ​​исходном состоянии.

Давление внутри кабины технически называется эквивалентной эффективной высотой кабины или, чаще, высотой кабины . Это определяется как эквивалентная высота над средним уровнем моря , имеющая одинаковое атмосферное давление в соответствии со стандартной атмосферной моделью, такой как Международная стандартная атмосфера . Таким образом, при нулевой высоте кабины давление будет находиться на среднем уровне моря, которое принимается равным 101,325 кПа (14,696 фунтов на квадратный дюйм). [7]

Самолет

В авиалайнерах высота салона во время полета поддерживается выше уровня моря, чтобы уменьшить нагрузку на герметичную часть фюзеляжа ; это напряжение пропорционально разнице давления внутри и снаружи кабины. В типичном коммерческом пассажирском рейсе высота салона запрограммирована на постепенное повышение от высоты аэропорта отправления до нормативного максимума в 8000 футов (2438 м). Эта высота кабины поддерживается во время полета самолета на максимальной высоте, а затем постепенно снижается во время снижения до тех пор, пока давление в кабине не сравняется с давлением окружающего воздуха в пункте назначения. [ нужна цитата ]

Пилоты могут использовать «высотомер кабины» (также известный как манометр перепада давления в кабине) для измерения разницы между внутренним и внешним давлением. [8]

Поддержание высоты кабины ниже 8000 футов (2438 м) обычно предотвращает значительную гипоксию , высотную болезнь , декомпрессионную болезнь и баротравму . [9] Правила Федерального авиационного управления (ФАУ) США предписывают, чтобы при нормальных условиях эксплуатации высота кабины не превышала этот предел на максимальной рабочей высоте самолета. [10] Эта обязательная максимальная высота кабины не устраняет всех физиологических проблем; пассажирам с такими заболеваниями, как пневмоторакс , не рекомендуется летать до полного выздоровления, а люди, страдающие простудой или другой инфекцией, все еще могут испытывать боль в ушах и пазухах. [ нужна цитата ] Скорость изменения высоты кабины сильно влияет на комфорт, поскольку люди чувствительны к изменениям давления во внутреннем ухе и пазухах , и с этим нужно осторожно обращаться. Аквалангисты , летающие в период запрета на полеты после погружения, подвергаются риску декомпрессионной болезни , поскольку накопленный в их организме азот может образовывать пузырьки под воздействием пониженного давления в кабине.

Высота кабины Боинга 767 обычно составляет около 7000 футов (2134 м) при полете на высоте 37 000 футов (11 278 м). [11] Это типично для старых реактивных авиалайнеров. Целью проектирования многих, но не всех, новых самолетов является обеспечение меньшей высоты кабины, чем у старых моделей. Это может быть полезно для комфорта пассажиров. [12] Например, бизнес-джет Bombardier Global Express может обеспечить высоту салона 4500 футов (1372 м) при крейсерском полете на высоте 41 000 футов (12 497 м). [13] [14] [15] Бизнес-джет Emivest SJ30 может обеспечить высоту салона на уровне моря при полете на высоте 41 000 футов (12 497 м). [16] [17] [ ненадежный источник? ] Одно исследование восьми полетов на самолетах Airbus A380 показало, что средняя высота по давлению в салоне составляет 6 128 футов (1 868 м), а в 65 полетах на самолетах Boeing 747-400 средняя высота по давлению в кабине составила 5 159 футов (1 572 м). [18]

До 1996 года примерно 6000 крупных коммерческих транспортных самолетов получили сертификат типа, позволяющий летать на высоту до 45 000 футов (13 716 м) без необходимости соблюдения особых условий высот. [19] В 1996 году ФАУ приняло поправку 25-87, которая ввела дополнительные требования к давлению в высотной кабине для конструкций самолетов нового типа. Воздушное судно, сертифицированное для полетов на высоте более 25 000 футов (7 620 м), «должно быть спроектировано таким образом, чтобы пассажиры не подвергались воздействию барометрической высоты в кабине, превышающей 15 000 футов (4 572 м) после любого вероятного отказа в системе наддува». [20] В случае декомпрессии, возникающей в результате «любого условия отказа, не признанного крайне маловероятным», самолет должен быть спроектирован таким образом, чтобы пассажиры не подвергались воздействию высоты в кабине, превышающей 25 000 футов (7 620 м) в течение более чем 2 минуты и никогда не подниматься на высоту более 40 000 футов (12 192 м). [20] На практике эта новая поправка к Федеральным авиационным правилам устанавливает эксплуатационный потолок в 40 000 футов (12 000 м) для большинства новых коммерческих самолетов. [21] [22] Производители самолетов могут подать заявку на смягчение этого правила, если того требуют обстоятельства. В 2004 году Airbus получил исключение от Федерального управления гражданской авиации, позволяющее высоте кабины А380 достигать 43 000 футов (13 106 м) в случае декомпрессии и превышать 40 000 футов (12 192 м) в течение одной минуты. Это позволяет А380 работать на большей высоте, чем другие гражданские самолеты новой конструкции. [21]

Космический корабль

Российские инженеры использовали воздухоподобную азотно-кислородную смесь, постоянно поддерживаемую на высоте кабины, близкой к нулю, в своих кораблях « Восток» 1961 года, «Восходе» 1964 года и в 1967 году, когда они представили космические корабли «Союз» . [23] Это требует более тяжелой конструкции космического корабля , поскольку конструкция кабины космического корабля должна выдерживать нагрузку в 14,7 фунтов на квадратный дюйм (1 атм, 1,01 бар) в условиях космического вакуума, а также потому, что необходимо нести инертную массу азота. Необходимо также проявлять осторожность, чтобы избежать декомпрессионной болезни , когда космонавты выполняют работу в открытом космосе , поскольку современные мягкие скафандры находятся под давлением чистого кислорода при относительно низком давлении, чтобы обеспечить достаточную гибкость. [24]

Напротив, Соединенные Штаты использовали атмосферу чистого кислорода для своих космических кораблей «Меркурий» 1961 года , «Джемини» 1965 года и «Аполлон» 1967 года , главным образом для того, чтобы избежать декомпрессионной болезни. [25] [26] Mercury использовал высоту кабины 24 800 футов (7 600 м) (5,5 фунтов на квадратный дюйм (0,38 бар)); [27] Gemini использовали высоту 25 700 футов (7 800 м) (5,3 фунта на квадратный дюйм (0,37 бар)); [28] и «Аполлон» использовали давление 27 000 футов (8 200 м) (5,0 фунтов на квадратный дюйм (0,34 бар)) [29] в космосе. Это позволило создать более легкую конструкцию космического корабля. Это возможно, потому что при 100% кислороде в кровоток попадает достаточно кислорода, чтобы астронавты могли нормально работать. Перед запуском давление поддерживалось немного выше уровня моря на постоянном уровне 5,3 фунта на квадратный дюйм (0,37 бар) выше окружающего для «Джемини» и 2 фунта на квадратный дюйм (0,14 бар) над уровнем моря при запуске для «Аполлона») и переходило на высоту космической кабины. во время восхождения. Однако атмосфера чистого кислорода под высоким давлением перед запуском оказалась фактором смертельной опасности пожара на Аполлоне, что привело к гибели всего экипажа Аполлона- 1 во время наземных испытаний в 1967 году. После этого НАСА пересмотрело свою процедуру и теперь использует смесь азота и кислорода на нулевой высоте кабины при запуске, но сохранило в космосе атмосферу чистого кислорода с низким давлением на уровне 5 фунтов на квадратный дюйм (0,34 бара). [30]

После программы «Аполлон» Соединенные Штаты использовали «дыхательную смесь, содержащую 74 процента кислорода и 26 процентов азота» при давлении 5 фунтов на квадратный дюйм (0,34 бар) для « Скайлэба» [ 31] и стандартную воздушную [ расплывчатую ] атмосферу в кабине для космического корабля . Орбитальный корабль "Шаттл" и Международная космическая станция . [32]

Механика

Наддув салона самолета с поршневым двигателем с помощью специального компрессора. [33]

Герметичный фюзеляж герметизируется с помощью источника сжатого воздуха и контролируется системой экологического контроля (ECS). Наиболее распространенным источником сжатого воздуха для наддува является воздух, отбираемый из ступени компрессора газотурбинного двигателя ; от низкой или промежуточной ступени или дополнительной высокой ступени, конкретная ступень зависит от типа двигателя. К тому времени, как холодный наружный воздух достигает клапанов отбора воздуха, он нагревается примерно до 200  °C (392  °F ). Управление и выбор источников высокого или низкого отвода полностью автоматические и определяются потребностями различных пневматических систем на различных этапах полета. Для самолетов с поршневым двигателем требуется дополнительный компрессор, см. схему справа. [34]

Часть отбираемого воздуха, направляемая в ECS, затем расширяется, доводя его до давления в кабине, которое охлаждает его. Конечная подходящая температура затем достигается путем добавления обратного тепла от горячего сжатого воздуха через теплообменник и машину с воздушным циклом, известную как система PAC (система создания давления и кондиционирования воздуха). В некоторых более крупных авиалайнерах горячий триммерный воздух может быть добавлен после кондиционированного воздуха, поступающего из пакетов, если необходимо обогреть часть салона, которая холоднее других.

Выпускной и предохранительный клапан на Боинге 737-800

По крайней мере, два двигателя обеспечивают отбор сжатого воздуха для всех пневматических систем самолета, чтобы обеспечить полное резервирование . Сжатый воздух также получается от вспомогательной силовой установки (ВСУ), если она имеется, на случай аварийной ситуации и для подачи воздуха в кабину на земле перед запуском главных двигателей. Большинство современных коммерческих самолетов сегодня имеют полностью дублированные электронные контроллеры для поддержания давления, а также резервную ручную систему управления.

Весь отработанный воздух сбрасывается в атмосферу через выпускной клапан, обычно расположенный в задней части фюзеляжа. Этот клапан контролирует давление в кабине, а также действует как предохранительный клапан в дополнение к другим предохранительным клапанам. Если автоматические регуляторы давления выходят из строя, пилот может вручную управлять клапаном давления в кабине в соответствии с контрольным списком резервных аварийных процедур. Автоматический контроллер обычно поддерживает необходимую высоту по давлению в кабине, постоянно регулируя положение выпускного клапана так, чтобы высота кабины была настолько низкой, насколько это практически возможно, без превышения максимального предела перепада давления на фюзеляже. Перепад давления варьируется в зависимости от типа самолета, типичные значения составляют от 540  гПа (7,8  фунтов на квадратный дюйм ) до 650  гПа (9,4  фунтов на квадратный дюйм ). [35] На высоте 39 000 футов (11 887 м) давление в кабине будет автоматически поддерживаться на уровне около 6 900 футов (2 100 м) (на 450 футов (140 м) ниже, чем в Мехико), что составляет около 790 гПа (11,5 фунтов на квадратный дюйм). атмосферное давление. [34]

На некоторых самолетах, таких как Boeing 787 Dreamliner , вновь используются электрические компрессоры, ранее использовавшиеся на авиалайнерах с поршневыми двигателями для обеспечения наддува. [36] [37] Использование электрических компрессоров увеличивает электрическую нагрузку на двигатели и вводит ряд стадий передачи энергии; [38] поэтому неясно, увеличивает ли это общую эффективность системы обработки воздуха самолета. Однако они устраняют опасность химического загрязнения кабины , упрощают конструкцию двигателя, устраняют необходимость прокладки трубопроводов высокого давления вокруг самолета и обеспечивают большую гибкость конструкции.

Незапланированная декомпрессия

Развертывание кислородной маски пассажира

Незапланированная потеря давления в кабине на высоте/в космосе случается редко, но привела к ряду несчастных случаев со смертельным исходом . Отказы варьируются от внезапной катастрофической потери целостности планера (взрывная декомпрессия) до медленных утечек или неисправностей оборудования, которые приводят к падению давления в кабине.

Любой сбой в герметизации кабины на высоте более 10 000 футов (3 048 м) требует аварийного снижения до высоты 8 000 футов (2 438 м) или ближайшей к ней с сохранением минимальной высоты сектора (MSA) и использования кислородной маски для каждого сиденья. Кислородные системы обеспечивают достаточное количество кислорода для всех на борту и дают пилотам достаточно времени, чтобы снизиться до высоты ниже 8000 футов (2438 м). Без аварийного кислорода гипоксия может привести к потере сознания и последующей потере управления самолетом. Современные авиалайнеры оснащены баллоном с чистым кислородом под давлением в кабине, что дает пилотам больше времени, чтобы вывести самолет на безопасную высоту. Время полезного сознания варьируется в зависимости от высоты. При падении давления температура воздуха в кабине также может упасть до температуры наружного воздуха, что может привести к переохлаждению или обморожению .

Для авиалайнеров, которым необходимо летать над местностью, которая не позволяет достичь безопасной высоты в течение максимум 30 минут, баллоны с кислородом под давлением являются обязательными, поскольку химические генераторы кислорода , установленные на большинстве самолетов, не могут обеспечить достаточное количество кислорода.

В реактивных истребителях небольшой размер кабины означает , что любая декомпрессия будет очень быстрой и не даст пилоту времени надеть кислородную маску. Поэтому пилоты истребителей и члены экипажа обязаны постоянно носить кислородные маски. [39]

30 июня 1971 года экипаж корабля «Союз-11» , советские космонавты Георгий Добровольский , Владислав Волков и Виктор Пацаев погибли после того, как перед входом в атмосферу случайно открылся вентиляционный клапан кабины. [40] [41]

История

Cessna P210 - первый коммерчески успешный одномоторный герметичный самолет.

К самолетам, на которых впервые были применены системы герметичной кабины, относятся:

В конце 1910-х годов предпринимались попытки достичь все больших высот. В 1920 году полеты на высоту более 37 000 футов (11 278 м) впервые были совершены летчиком-испытателем лейтенантом Джоном А. Макреди на биплане Packard-Le Père LUSAC-11 на аэродроме МакКук Филд в Дейтоне, штат Огайо . [44] Полет стал возможен благодаря выпуску запасенного кислорода в кабину, который подавался непосредственно в закрытую кабину, а не в кислородную маску, которая была разработана позже. [44] С этой системой были возможны полеты на высоте около 40 000 футов (12 192 м), но отсутствие атмосферного давления на этой высоте вызывало заметное увеличение сердца пилота, и многие пилоты сообщали о проблемах со здоровьем из-за таких полетов на большой высоте. [44] Некоторые ранние авиалайнеры имели кислородные маски для пассажиров во время обычных рейсов.

В 1921 году разведывательный биплан Wright-Dayton USD-9A был модифицирован путем добавления полностью закрытой герметичной камеры, в которой можно было создавать давление воздуха, нагнетаемого в нее небольшими внешними турбинами. [44] В камере был люк диаметром всего 22 дюйма (560 мм), который должен был быть закрыт пилотом на высоте 3000 футов (914 м). [44] В камере находился только один прибор — высотомер, тогда как все обычные приборы кабины были установлены снаружи камеры и видны через пять небольших иллюминаторов. [44] Первую попытку управлять самолетом снова предпринял лейтенант Джон А. Маккриди, который обнаружил, что турбина нагнетала воздух в камеру быстрее, чем небольшой выпускной клапан мог его выпустить. [44] В результате давление в камере быстро превысило допустимое, и полет был прекращен. [44] От второй попытки пришлось отказаться, когда на высоте 3000 футов (914 м) пилот обнаружил, что он слишком мал, чтобы закрыть люк камеры. [44] Первый успешный полет наконец совершил летчик-испытатель лейтенант Харролд Харрис, что сделало его первым в мире полетом на герметичном самолете. [44]

Первым авиалайнером с герметичной кабиной, поступившим в коммерческую эксплуатацию, был Boeing 307 Stratoliner , построенный в 1938 году, перед Второй мировой войной , хотя до того, как война прервала производство, было произведено только десять самолетов. «Гермоотсек 307-го находился от носовой части самолета до гермопереборки в кормовой части прямо перед горизонтальным стабилизатором». [45]

Летный шлем и кислородная маска времен Второй мировой войны.

Вторая мировая война стала катализатором развития авиации. Первоначально поршневые самолеты времен Второй мировой войны, хотя и часто летали на очень больших высотах, не находились под давлением и полагались на кислородные маски. [46] Это стало непрактичным с разработкой более крупных бомбардировщиков, где экипаж должен был перемещаться по кабине, и это привело к появлению первого бомбардировщика с герметизацией кабины (хотя и ограниченной зонами экипажа), Boeing B-29 Superfortress . Система управления для этого была разработана компанией Garrett AiResearch Manufacturing Company , частично опираясь на лицензирование патентов Boeing на Stratoliner. [47]

Послевоенные поршневые авиалайнеры, такие как Lockheed Constellation (1943 г.), сделали эту технологию более распространенной на гражданской службе. Авиалайнеры с поршневыми двигателями обычно использовали электрические компрессоры для обеспечения воздуха в салоне под давлением. Наддув двигателя и наддув кабины позволили таким самолетам, как Douglas DC-6 , Douglas DC-7 и Constellation, иметь сертифицированные практические потолки от 24 000 до 28 400 футов (от 7 315 ​​до 8 656 м). Разработка герметичного фюзеляжа, способного выдерживать такой диапазон высот, была в пределах инженерных и металлургических знаний того времени. Внедрение реактивных авиалайнеров потребовало значительного увеличения крейсерской высоты до диапазона 30 000–41 000 футов (9 144–12 497 м), где реактивные двигатели более экономичны. Такое увеличение крейсерской высоты потребовало гораздо более тщательного проектирования фюзеляжа, и вначале не все инженерные проблемы были полностью поняты.

Первым в мире коммерческим реактивным авиалайнером стал британский de Havilland Comet (1949 г.), имеющий практический потолок 36 000 футов (11 000 м). Это был первый случай, когда герметичный фюзеляж большого диаметра с окнами был построен и совершил полет на такой высоте. Первоначально конструкция была очень успешной, но два катастрофических отказа планера в 1954 году , приведшие к полной потере самолета, пассажиров и экипажа, остановили то, что тогда составляло весь мировой парк реактивных авиалайнеров. Обширное исследование и новаторский инженерный анализ обломков привели к ряду очень значительных инженерных достижений, которые решили основные проблемы проектирования герметичного фюзеляжа на высоте. Критической проблемой оказалось сочетание недостаточного понимания эффекта прогрессирующей усталости металла , поскольку фюзеляж подвергается повторяющимся циклам напряжений, в сочетании с непониманием того, как напряжения в обшивке самолета перераспределяются вокруг отверстий в фюзеляже, таких как окна и отверстия для заклепок.

Критические инженерные принципы, касающиеся усталости металла, извлеченные из программы «Комета 1» [48], были применены непосредственно при проектировании Боинга 707 (1957 г.) и всех последующих реактивных авиалайнеров. Например, были введены подробные процессы планового контроля, в дополнение к тщательным визуальным проверкам внешней обшивки операторами регулярно проводился обязательный отбор образцов конструкций; необходимость осматривать области, которые трудно увидеть невооруженным глазом, привела к широкому внедрению рентгенографического обследования в авиации; это также имело то преимущество, что обнаруживало трещины и дефекты, слишком маленькие, чтобы их можно было увидеть иначе. [49] Еще одним заметным наследием катастрофы «Кометы» являются овальные иллюминаторы на каждом реактивном авиалайнере; Усталостные трещины в металле, разрушившие «Кометы», возникли из-за углов небольшого радиуса почти квадратных окон «Кометы-1». [50] [51] Фюзеляж «Кометы» был перепроектирован, и «Комета 4» (1958 г.) стала успешным авиалайнером, положив начало первым трансатлантическим реактивным перевозкам, но программа так и не оправилась от этих катастроф, и ее обогнал Боинг 707. [52] [53]

Даже после катастрофы с «Кометой» произошло несколько последующих катастрофических усталостных отказов, связанных с повышением давления в кабине. Возможно, самым ярким примером был рейс 243 авиакомпании Aloha Airlines с участием Боинга 737-200 . [54] В данном случае основной причиной была продолжающаяся эксплуатация конкретного самолета, несмотря на то, что до происшествия он налетал 35 496 часов, причем эти часы включали более 89 680 полетных циклов (взлеты и посадки) из-за его использования на коротких рейсах; [55] это более чем в два раза превышало количество полетных циклов, на которое был рассчитан планер. [56] Алоха 243 смог приземлиться, несмотря на существенный ущерб, нанесенный декомпрессией, в результате которой погиб один член бортпроводника; Инцидент имел далеко идущие последствия для политики авиационной безопасности и привел к изменениям в эксплуатационных процедурах. [56]

Сверхзвуковому авиалайнеру «Конкорд» приходилось сталкиваться с особенно высокими перепадами давления, поскольку он летел на необычно большой высоте (до 60 000 футов (18 288 м)) и поддерживал высоту салона 6 000 футов (1829 м). [57] Несмотря на это, высота кабины намеренно поддерживалась на уровне 6000 футов (1829 м). [58] Эта комбинация, хотя и обеспечивала повышение комфорта, потребовала сделать Конкорд значительно более тяжелым самолетом, что, в свою очередь, способствовало относительно высокой стоимости полета. Что необычно, Concorde был оснащен окнами кабины меньшего размера, чем большинство других коммерческих пассажирских самолетов, чтобы замедлить скорость декомпрессии в случае выхода из строя уплотнителя окна. [59] Большая крейсерская высота также требовала использования кислорода под высоким давлением и регулирующих клапанов на аварийных масках в отличие от масок с непрерывным потоком, используемых в обычных авиалайнерах. [60] ФАУ, которое обеспечивает минимальную скорость аварийного снижения для самолетов, определило, что, учитывая большую рабочую высоту Конкорда, лучшим ответом на инцидент с потерей давления будет выполнение быстрого снижения. [61]

Проектная высота рабочей кабины для новых самолетов снижается, и ожидается, что это уменьшит оставшиеся физиологические проблемы. И в авиалайнерах Boeing 787 Dreamliner , и в авиалайнерах Airbus A350 XWB такие модификации были внесены для повышения комфорта пассажиров. Давление внутри салона 787 эквивалентно высоте 6000 футов (1829 м), что приводит к более высокому давлению, чем на высоте 8000 футов (2438 м) у старых обычных самолетов; [62] Согласно совместному исследованию, проведенному Boeing и Государственным университетом Оклахомы , такой уровень значительно повышает уровень комфорта. [63] [64] Airbus заявил, что A350 XWB обеспечивает типичную высоту салона 6000 футов (1829 м) или ниже, а также атмосферу в салоне с влажностью 20% и систему управления воздушным потоком, которая адаптирует воздушный поток в салоне к пассажирской нагрузке. с циркуляцией воздуха без сквозняков. [65] Использование композитных фюзеляжей устраняет угрозу усталости металла , которая усугублялась бы более высоким давлением в салоне современных авиалайнеров, а также устраняет риск коррозии из-за использования более высоких уровней влажности. [62]

Смотрите также

Сноски

  1. ↑ Брэйн, Маршалл (12 апреля 2011 г.). «Как работает герметизация салона самолета». Как это работает. Архивировано из оригинала 15 января 2013 года . Проверено 31 декабря 2012 г.
  2. ^ «Почему в самолетах используется герметизация кабины» . aerospace.honeywell.com . Проверено 24 августа 2022 г.
  3. ^ ab rmjg20 (9 июня 2012 г.). «Крушение кометы Де Хэвилленда». Блог аэрокосмической техники . Архивировано из оригинала 10 сентября 2022 г. Проверено 26 августа 2022 г.{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  4. ^ ФАУ (1989). Отчет о авиакатастрофе — авиакомпания Aloha Airlines, рейс 243, Боинг 737-200, N73711, недалеко от Мауи, Гавайи, 28 апреля 1988 года . ФАУ. п. 1.
  5. ^ К. Бэйли и А. Симпсон. «Высотный кислородный калькулятор» . Проверено 13 августа 2006 г.– Онлайн-интерактивный калькулятор высоты кислорода
  6. ^ "Баротравма, что это такое?" Издательство Гарвардского здравоохранения . Гарвардская медицинская школа . декабрь 2018 года . Проверено 14 апреля 2019 г. В самолете баротравма уха, также называемая аэроотитом или баротитом, может произойти во время снижения самолета для посадки.
  7. ^ Олд, диджей; Шринивас, К. (2008). «Свойства атмосферы». Архивировано из оригинала 9 июня 2013 г. Проверено 13 марта 2008 г.
  8. ^ «Глава 7: Авиационные системы». Справочник пилота по авиационным знаниям (изд. FAA-H-8083-25B). Федеральная авиационная администрация . 24 августа 2016 г. п. 36. Архивировано из оригинала 20 июня 2023 г.
  9. ^ Медицинское руководство, 9-е издание (PDF) . Международная ассоциация воздушного транспорта. ISBN 978-92-9229-445-8.
  10. ^ Бэгшоу М (2007). «Высота салона коммерческого самолета». Журнал Королевского медицинского общества . 100 (2): 64. дои : 10.1177/014107680710000207. ПМК 1790988 . ПМИД  17277266. 
  11. ^ «Система экологического контроля коммерческого авиалайнера: инженерные аспекты качества воздуха в салоне» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 мая 2011 г.
  12. ^ «Производители стремятся сделать климат в салоне более комфортным» . Флайтглобал. 19 марта 2012 г.
  13. ^ «Расширение диапазона Bombardier на Global Express Global Express XRS» . Сеть аэро-новостей . 7 октября 2003 г.
  14. ^ «Информационный бюллетень Bombardier Global Express XRS» (PDF) . Бомбардир. 2011. Архивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2010 г. Проверено 9 января 2012 г.
  15. ^ «Системы экологического контроля самолета» (PDF) . Карлтонский университет. 2003.
  16. ^ Летные испытания: Emivest SJ30 - ракета дальнего действия. Получено 27 сентября 2012 г.
  17. ^ SJ30-2, Соединенные Штаты Америки, дата обращения 27 сентября 2012 г.
  18. ^ «Авиакомпании сокращают расходы - расплачиваются ли за это пациенты с респираторными заболеваниями?». Европейское респираторное общество . 2010.
  19. ^ «Окончательная политика FAR, часть 25, раздел 25.841, 05.07.1996 | Приложение 4» .
  20. ^ ab «FAR, 14 CFR, часть 25, раздел 841» .
  21. ^ ab «Исключение № 8695». Рентон, Вашингтон: Федеральное управление гражданской авиации . 24 марта 2006 г. Архивировано из оригинала 27 марта 2009 г. Проверено 2 октября 2008 г.
  22. ^ Стив Хэппенни (24 марта 2006 г.). «ПС-АНМ-03-112-16». Федеральная авиационная администрация . Проверено 23 сентября 2009 г.
  23. ^ Гатланд, Кеннет (1976). Пилотируемый космический корабль (Второе изд.). Нью-Йорк: Макмиллан. п. 256.
  24. ^ Гатланд, с. 134
  25. ^ Кэтчпол, Джон (2001). Проект «Меркурий» — первая пилотируемая космическая программа НАСА. Чичестер, Великобритания: Springer Praxis. п. 410. ИСБН 1-85233-406-1.
  26. ^ Гиблин, Келли А. (весна 1998 г.). «Пожар в кабине!». Американское наследие изобретений и технологий . 13 (4). Архивировано из оригинала 20 ноября 2008 года . Проверено 23 марта 2011 г.
  27. ^ Гатланд, с. 264
  28. ^ Гатланд, с. 269
  29. ^ Гатланд, с. 278, 284
  30. ^ "Пожар Аполлона-1 -" .
  31. ^ Белью, Леланд Ф., изд. (1977). «2. Наша первая космическая станция». SP-400 Skylab: наша первая космическая станция. Вашингтон, округ Колумбия: НАСА. п. 18 . Проверено 15 июля 2019 г.
  32. ^ 1 атм
  33. ^ «Глава 7: Авиационные системы». Справочник пилота по авиационным знаниям (изд. FAA-H-8083-25B). Федеральная авиационная администрация . 24 августа 2016 г. стр. 34–35. Архивировано из оригинала 20 июня 2023 г.
  34. ^ ab «Система экологического контроля коммерческого авиалайнера: инженерные аспекты воздуха в салоне». 1995. Архивировано из оригинала (PDF) 31 марта 2012 года.
  35. ^ «Характеристики дифференциального давления самолетов».
  36. ^ Огандо, Джозеф, изд. (4 июня 2007 г.). «Более электрический» 787 Dreamliner от Boeing ускоряет эволюцию двигателя: на 787 компания Boeing устранила отбор воздуха и в значительной степени полагалась на электрические стартер-генераторы». Новости дизайна . Архивировано из оригинала 6 апреля 2012 года . Проверено 9 сентября 2011 г.
  37. ↑ Дорнхейм, Майкл (27 марта 2005 г.). «Массивная электрическая система 787 создает давление в кабине» . Неделя авиации и космических технологий .
  38. ^ "Боинг 787 с нуля"
  39. ↑ Джедик, доктор медицинских наук/магистр делового администрирования, Рокки (28 апреля 2013 г.). «Гипоксия». goflightmedicine.com . Иди в летную медицину . Проверено 17 марта 2014 г.
  40. ^ «Триумф и трагедия Союза-11». Время . 12 июля 1971 года. Архивировано из оригинала 18 марта 2008 года . Проверено 20 октября 2007 г.
  41. ^ "Союз-11". Энциклопедия астронавтики . 2007. Архивировано из оригинала 30 октября 2007 года . Проверено 20 октября 2007 г.
  42. ^ Харрис, бригадный генерал Гарольд Р. ВВС США (в отставке), «Шестьдесят лет истории авиации, память одного человека», журнал Американского исторического общества авиации, зима, 1986 г., стр. 272-273.
  43. ^ Нью, Пол (17 мая 2018 г.). «Все взорвано». Теннесси Эйркрафт Сервисез . Проверено 21 мая 2021 г. P210 не был первым серийным одномоторным самолетом с герметичным двигателем, но определенно первым успешным.
  44. ^ abcdefghij Корнелис, Диана Г. (2002). Великолепное видение, непоколебимая цель; Развитие авиации для ВВС США в течение первого столетия полетов с двигателем . База ВВС Райт-Паттерсон, Огайо: Публикации ВВС США. стр. 128–29. ISBN 0-16-067599-5.
  45. ^ Уильям А. Шонебергер и Роберт Р. Х. Шолл, Из воздуха: первые 50 лет Гаррета , Феникс: Garrett Corporation, 1985 ( ISBN 0-9617029-0-7 ), стр. 275. 
  46. ^ Некоторые чрезвычайно высоко летающие самолеты, такие как Westland Welkin, использовали частичную наддувку, чтобы уменьшить необходимость использования кислородной маски.
  47. ^ Сеймур Л. Чапин (август 1966 г.). «Гаррет и полет под давлением: бизнес, построенный в воздухе». Тихоокеанский исторический обзор . 35 (3): 329–43. дои : 10.2307/3636792. JSTOR  3636792.
  48. ^ Р. Дж. Аткинсон, У. Дж. Винкворт и Г. М. Норрис (1962). «Поведение усталостных трещин в углах окон фюзеляжа кометы». Отчеты и меморандумы Совета по авиационным исследованиям . CiteSeerX 10.1.1.226.7667 . 
  49. ^ Джеффорд, CG, изд. Королевские ВВС и ядерное оружие, 1960–1998 гг. Лондон: Историческое общество Королевских ВВС, 2001. стр. 123–125.
  50. ^ Дэвис, РЕГ и Филип Дж. Бертлз. Комета: первый в мире реактивный авиалайнер . Маклин, Вирджиния: Paladwr Press, 1999. ISBN 1-888962-14-3 . стр. 30–31. 
  51. ^ Мансон, Кеннет. Гражданские авиалайнеры с 1946 года. Лондон: Blandford Press, 1967. с. 155.
  52. ^ «Вехи структурной целостности самолетов» . Исследовательские ворота . Проверено 22 марта 2019 г.
  53. ^ Вера, Николас. Черный ящик: Почему безопасность полетов — это не случайность, книга, которую должен прочитать каждый авиапутешественник . Лондон: Бокстри, 1996. ISBN 0-7522-2118-3 . п. 72. 
  54. ^ «Отчет об авиационном происшествии AAR8903: Aloha Airlines, рейс 243, Боинг 737-200, N73711» (PDF) . НТСБ . 14 июня 1989 года.
  55. ↑ Отчет об инциденте с рейсом 243 авиакомпании Aloha Airlines — AviationSafety.net, по состоянию на 5 июля 2014 г.
  56. ^ ab «Отчет об авиационном происшествии, рейс 243 авиакомпании Aloha Airlines, Боинг 737-100, N73711, недалеко от Мауи, Гавайи, 28 апреля 1998 г.» (PDF) . Национальный совет по безопасности на транспорте . 14 июня 1989 г. NTSB/AAR-89/03 . Проверено 5 февраля 2016 г.
  57. ^ Хепберн, АН (1967). «Человеческий фактор в согласии». Профессиональная медицина . 17 (2): 47–51. doi : 10.1093/ocmed/17.2.47.
  58. ^ Хепберн, АН (1967). «Человеческий фактор в Конкорде». Профессиональная медицина . 17 (2): 47–51. doi : 10.1093/ocmed/17.2.47.
  59. ^ Нанн, Джон Фрэнсис (1993). Прикладная физиология дыхания Нанна. Баттерворт-Хейнеман. п. 341. ИСБН 0-7506-1336-Х.
  60. ^ Нанн 1993, с. 341.
  61. ↑ Хаппенни, Стив (24 марта 2006 г.). «Временная политика в отношении декомпрессии кабины на большой высоте - соответствующая прошлая практика». Федеральная авиационная администрация.
  62. ^ Аб Адамс, Мэрилин (1 ноября 2006 г.). «Дышите спокойно, говорит Боинг». США сегодня .
  63. ^ Крофт, Джон (июль 2006 г.). «Airbus и Boeing борются за средний вес» (PDF) . Американский институт аэронавтики и астронавтики . Архивировано из оригинала (PDF) 10 июля 2007 года . Проверено 8 июля 2007 г.
  64. ^ «Boeing 7E7 предлагает предпочтительные условия в салоне, результаты исследования» (пресс-релиз). Боинг. 19 июля 2004 года. Архивировано из оригинала 6 ноября 2011 года . Проверено 14 июня 2011 г.
  65. ^ «Лидерство: презентация A350XWB» (PDF) . ЕАДС. Декабрь 2006 г. Архивировано из оригинала (PDF) 27 марта 2009 г.

Общие ссылки

Внешние ссылки