Как подается кислород в самолет
Дышать без кислорода: откуда берется воздух в салоне самолета
МОСКВА, 19 ноя — РИА Новости, Ольга Коленцова. Средняя высота полета пассажирского самолета составляет 9-12 тысяч метров. Воздух в этой части атмосферы уже значительно разрежен, а его температура ниже минус 45 0 С. Тем не менее в салоне лайнера условия всегда относительно комфортные. Обусловлено это не только хорошей изоляцией, но и сложной системой, позволяющей преобразовывать воздух за бортом в пригодный для дыхания. И все же, если разобраться, созданные условия не совсем соответствуют привычной земной атмосфере.
В самом начале эры авиации воздушные суда делали полностью герметичными, но за счет сильной разницы давлений внутри и вне самолета металл растягивался, что приводило к разрушению конструкции. Поэтому на данный момент в салоне поддерживают более низкое давление, чем то, что соответствует уровню аэропорта.
Однако слишком малое сжатие воздуха в салоне может доставлять пассажирам сильный дискомфорт за счет уменьшения силы, с которой кислород давит на стенки сосудов. Высота 2500 метров соответствует верхней точке давления, когда кровь еще нормально насыщается кислородом, а человек не испытывает головной боли, одышки, тошноты и сильной усталости. Чаще всего при полете поддерживается давление, соответствующее высоте 1300-1800 метров, то есть 600-650 миллиметров ртутного столба.
При вдохе взрослый человек потребляет в среднем 0,0005 кубического метра воздуха. В минуту мы совершаем в среднем 18 дыхательных циклов, перерабатывая за это время 0,009 кубического метра воздуха. Кажется, что это немного. Но салон лайнера рассчитан в среднем на 600 пассажиров, следовательно, в минуту им всем требуется уже 5,4 кубического метра воздуха. Воздух постепенно «загрязняется», содержание кислорода в нем падает и через некоторое время дышать станет просто невозможно. Следовательно, для комфорта (а в целом для поддержания жизнедеятельности) пассажиров необходим приток свежего воздуха в салон.
Откуда появляется кислород в самолете?
Находясь в самолете, человек сможет нормально дышать 20 минут, после чего в салоне начинает снижаться уровень кислорода, что является причиной затруднения дыхания.
Самолет летает на высоте 11 тысяч метров. Это позволяет ему использовать немного топлива и испытать минимальное сопротивление разреженного воздуха. Но эти что действия не приемлемы для человека.
Воздуха, который запускается через люк, не достаточно для нормального перелета. Во-первых, на большой высоте уменьшается содержание кислорода до 8%, когда на земле данный показатель достигает 21-22%.
А, во-вторых, атмосферное давление составляет 180-240 мм. рт. ст., вместо 750 мм. С повышением высоты давление воздуха снижается, а значит и снижается уровень кислорода в крови человека.
Чтобы нахождение в салоне проходило в комфортных условиях, созданы специальные схемы. В лайнере находятся баллоны, в которых содержится газообразный медицинский кислород под давлением 180 кгс/см3.
Помимо этого находится и жидкий кислород, который содержится в кислородных газификаторах. При его хранении происходит испарение, что приводит к постоянной заправке газификаторов.
Как в самолет попадает кислород, и почему закладывает уши?
Фюзеляж самолета можно сравнить с воздушным шаром. Набирая высоту, атмосферное давление понижается, и самолет начинает раздувать. В салоне тоже немного стравливают давление, что облегчает нагрузку на фюзеляж, вследствие чего закладывает уши.
Таким образом, полет происходит с давлением, которое было бы на высоте 2800 метров. Это считается нормальным для человека, и никак не влияет на его состояние. А лайнер остается в форме, и его не распирает от внутреннего сдавливания.
Как только воздух попадает в двигатель, он распространяется по внешнему и внутреннему контуру. Во внутреннем он снижается и нагревается до высокой температуры. Затем пилот включает отбор, и воздух попадает в магистраль.
Появился воздух с высокой температурой. И его можно было подавать пассажирам. Но бывают случаи, когда салон необходимо охладить.
И тогда, воздух прогоняют на радиатор, там он охлаждается и идет в турбохолодильник. После чего расширяется, вращает турбину, и тратит свою энергию. По итогу происходит охлаждение до 0 градусов.
В самолет может попадать горячий и холодный воздух, и пилот сам уже регулирует подачу для создания нормальной температуры. А вот регулирование давления происходит по той же системе, которая способна стравливать не нужное.
И если вдруг начнутся какие-нибудь проблемы, самолет не лопнет, поскольку стоят специальные клапаны, которые открываются автоматически, если превышается планка определенного давления.
Почему необходимо употреблять жидкость в самолете?
В атмосфере воздух содержит большое количество влаги, а при попадании в салон становится сухим. Происходит это из-за того, чтобы предотвратить замерзание систем кондиционирования. Поэтому во время полета, пассажирам постоянно хочется пить.
Кислородное оборудование: дышать на высоте и в глубине
Фото: «Технодинамика»
Недостаток кислорода в полете может привести к эйфории с последующей потерей сознания. Чтобы этого не допустить, необходимо использовать специальные авиационные кислородные маски, приборы и системы.
Кислородное оборудование холдинга Ростеха «Технодинамика» представлено на бортах различных самолетов и вертолетов. Крупнейшая маркетинговая компания MarketsandMarkets назвала холдинг одним из ведущих мировых производителей кислородных систем для авиации. Впрочем, оборудование холдинга помогает дышать не только пилотам и пассажирам на большой высоте, но и подводникам и аквалангистам на большой глубине.
Для чего нужно кислородное оборудование?
Известно, что в тех слоях атмосферы, где летают гражданские и военные самолеты, состав воздуха постоянен. Благодаря томe, что атмосфера находится в движении, воздух перемешивается, и содержание кислорода составляет одни и те же 21%. Для чего же тогда при полетах на больших высотах нужно использовать специальное кислородное оборудование?
Для нормального дыхания важно не только количество кислорода в воздухе, но и его парциальное давление. Это часть общего давления, которая приходится на долю кислорода в газовой смеси. Парциальное давление влияет на переход кислорода из воздуха в кровь. Чем дальше человек находится от земли, тем парциальное давление меньше. Кровь хуже насыщается кислородом, и наступает кислородное голодание, что в свою очередь приводить сначала к снижению работоспособности, а затем – к обмороку.
Ученый и естествоиспытатель Иван Сеченов, основатель высотной физиологии, так описал признаки гипоксии (кислородного голодания): вялость, сонливость, затруднение в распределении и переключении внимания. В некоторых случаях вместо вялости может, наоборот, наблюдаться эйфория, ослабляющая критическое мышление, что особенно опасно для летчиков.
Признаки высотной болезни были известны еще до первых полетов. Гипоксия долгое время сдерживала альпинистов в покорении главных вершин мира. В комплексе с другими факторами она вызывала горную болезнь. В среднем жители равнинной местности начинают испытывать воздействие высоты уже на уровне 3000 м. Пассажирские самолеты сегодня летают на высоте около 10000 м, а военные – еще выше. Поэтому с развитием авиации вопрос борьбы с высотной болезнью стал еще более актуальным.
Как устроено кислородное оборудование
Начиная с высоты 5000 метров полеты возможны только с использованием герметической кабины, скафандра или кислородных приборов. Авиационное кислородное оборудование увеличивает процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе. Такое оборудование устанавливается на все летательные аппараты, поднимающиеся выше 4000 м.
В состав кислородного оборудования входят баллон с запасом кислорода, кислородный прибор, соединительные трубки и маска со шлангом. В современных самолетах часто вместо баллонов используется кислородная система, которая вырабатывает кислород из воздуха.
Для непродолжительного использования применяются кислородные маски открытого типа. Их можно увидеть на учебных и транспортных самолетах, а также в качестве средства спасения в составе ранцевых парашютных приборов. Более современной системой является клапанная маска с герметичным прилеганием к лицу. В этом варианте, в отличие от открытой маски, кислород подается не постоянно, а только во время вдоха.
При полетах на высоте более 12000 метров необходимо повышать давление, с которым подается кислород. Но при повышенном давлении нарушаются процессы перехода кислорода в кровь и выделения из нее углекислого газа. Чтобы уравновесить этот эффект, нужно создать обратное внешнее давление. Для этого пилоты надевают специальные компенсирующие костюмы, плотно облегающие тело в области груди, рук и ног. Чтобы привыкнуть к такой одежде, нужно выполнять упражнения на укрепление дыхательных мышц.
«Технодинамика» в небе
Одним из основных производителей кислородного оборудования в России является научно-производственное предприятие «Звезда» (входит в холдинг «Технодинамика» Госкорпорации Ростех). Холдинг выпускает кислородные системы и кислородно-дыхательную аппаратуру для всех типов военных и гражданских самолетов и вертолетов. Эти устройства обеспечивают экипаж и пассажиров кислородом как в штатном режиме, так и в экстремальных ситуациях − при разгерметизации салона, при пожаре или катапультировании.
Для гражданских самолетов всех типов «Технодинамика» выпускает кислородную систему экипажа и пассажиров. Для экипажа используются полнолицевые маски и кислородный блок с электронным контролем открытого положения. В случае аварийных ситуаций пассажиры обеспечиваются персональными кислородными масками. Встроенный микропроцессор пассажирского блока осуществляет управление и полный автономный контроль работоспособности с обменом информации по цифровому протоколу. Вся система контролируется блоком электронного управления, связанным с авионикой самолета.
Фото: «Технодинамика»
Кислород для системы хранится в баллонах с термокомпенсированным контролем запаса, цифровыми датчиками и обменом информации. Подача кислорода регулируется устройством дистанционного управления с ручным и электронным управлением. Если во время обычного полета кому-то из пассажиров не хватает воздуха, используется переносное кислородное оборудование.
«Технодинамика» под водой
Кислородное оборудование «Технодинамики» так же широко используется подводниками и аквалангистами. Одна из разработок НПП «Респиратор», входящего в холдинг − воздушно-дыхательный аппарат ШАП-Р, предназначенный для обеспечения дыхания водолаза при выполнении им работ на глубинах до 60 м с легочной вентиляцией до 60 л/мин при работе в шланговом варианте, а также в автономном варианте и для экстренных всплытий. Аппарат используется службами МЧС и может работать в условиях сильных загрязнений, например, при разливе нефти. Все узлы аппарата собраны в ударопрочный пластиковый корпус. Его компактные размеры позволяют выполнять подводные работы даже в стесненных условиях.
Еще одна модель «Респиратора» – воздушно-дыхательный аппарат АВМ-15. Этот акваланг предназначен для обеспечения дыхания при выполнении подводно-технических, аварийно-спасательных и других видов водолазных работ в автономном и шланговом варианте на глубине до 60 метров. В модели АВМ-15 используются два баллона емкостью по 7 литров. Кроме сжатого воздуха здесь применяется обогащенная кислородом дыхательная газовая смесь, что значительно повышает эффективность водолазных работ.
АВМ-15, кроме простоты и надежности, обладает некоторыми отличительными характеристиками, которые обеспечили ему особую популярность. В частности, в состав аппарата входит запатентованное сигнальное устройство «пузырькового» типа, сигнализирующее об израсходовании основного запаса воздуха. Кроме того, аппарат при подключении к нему второго легочного автомата обеспечивает дыхание двух водолазов одновременно. Незамерзающий АВМ-15 был успешно испытан в Антарктике, использовался в числе изделий для подводных погружений в экспедициях проекта «13 морей России».
Кислородные маски в самолетах: откуда там кислород, на сколько его хватает и что будет, если не надеть маску
Апрельский инцидент с самолетом Southwest Airlines, когда обломок взорвавшегося двигателя разбил иллюминатор, вызвав разгерметизацию и гибель одной из пассажирок, поднял важную тему: как на самом деле работают инструкции по безопасности. Трагедия продемонстрировала, что в экстремальной ситуации не все пассажиры следуют правилам, хотя уверены в том, что хорошо их знают. В Twitter было опубликовано фото из салона, где видно, что почти все надели свои кислородные маски неправильно. Издание The Telegraph разбирается в устройстве кислородных масок и в правилах поведения при разгерметизации.
По мнению пользователя, опубликовавшего фото, все пассажиры надели маски неправильно из-за того, что не слушали бортпроводника. «Прекратите делать селфи, положите телефон и слушайте!» — написал юзер. Тем не менее большинство авиапассажиров слышали эти инструкции так много раз, что могут рассказать их по памяти.
PEOPLE: Listen to your flight attendants! ALMOST EVERYONE in this photo from @SouthwestAir #SWA1380 today is wearing their mask WRONG. Put down the phone, stop with the selfies.. and LISTEN. **Cover your NOSE & MOUTH. #crewlife #psa #listen #travel #news #wn1380 pic.twitter.com/4b14lZulGm
— Bobby Laurie (@BobbyLaurie) April 17, 2018
Вероятно, что пассажиры Southwest просто запаниковали. Многие цепенеют перед лицом опасности и не могут следовать инструкциям. Те, кто пережил жесткую посадку на самолете, рассказывали, что многие пассажиры искали на своих ремнях безопасности кнопку, как в автомобиле. Однако ремни в самолетах работают не так. Некоторые просто неподвижно сидят на своих местах, шокированные происходящим, даже если бортпроводник кричит, чтобы они эвакуировались.
Как работают кислородные маски?
Так как же работают кислородные маски, при каких обстоятельствах их выбрасывают и сколько на самом деле кислорода в них? Действительно ли они обеспечивают безопасность или просто опьяняют пассажиров, пока падает самолет? Последний вопрос — цитата из «Бойцовского клуба», Тайлер Дёрден тоже задавался этим вопросом.
«Кислород опьяняет. В катастрофических ситуациях люди впадают в панику и бешено глотают воздух, и вдруг эйфория, покой, и ты смиряешься с судьбой. Вот рисунок. Аварийное приводнение — 600 миль в час. А на лицах спокойствие, как у коров в Индии».
Конспирологи расстроятся: кислородные маски действительно нужны для безопасности в самолетах. Их нужно использовать, когда давление в самолете скачет — о чем и было сказано пассажирам рейса Southwest.
На больших высотах уровень кислорода в воздухе очень низкий; обычно в самолетах автоматически поддерживается давление уровня 1,5–2,5 километра над уровнем моря. То есть перелет — это как посетить Мехико или Денвер.
Падение давления — это серьезная и потенциально опасная проблема. Если оно происходит внезапно, например из-за разбитого иллюминатора, самолет может быть поврежден или полностью уничтожен. К счастью, чаще всего такие случаи не столь разрушительны, и экипаж может с ними справиться.
«Авиакатастрофы, связанные с падением давления, встречаются крайне редко. Даже если в корпусе самолета появляется пробоина, с этим можно справиться, — рассказывает Патрик Смит, пилот и автор книги «Говорит командир корабля» (Cockpit Confidential). — Если давление снизится ниже определенного уровня, с потолка упадут кислородные маски. Маску стоит надеть, а затем попытаться расслабиться. Скоро самолет вернется на прежнюю высоту, а запаса кислорода хватит на всех».
На сколько хватит кислорода?
Несколько минут? Гораздо меньше, чем кажется. Поэтому, вероятно, пилоты будут вынуждены сделать спуск на безопасную высоту достаточно быстро.
«Пилоты тоже наденут свои маски и снизятся до трех километров, — говорит Смит. — Аварийный спуск ощущается достаточно жестко не потому, что самолет падает, а потому, что экипаж действует по инструкции».
Смит говорит с позиции опыта. Он вспоминает перелет из Южной Америки в США: «Над Карибским морем в самолете неожиданно раздался громкий свист, который, казалось, исходил из ниоткуда и отовсюду. Приборы показывали, что мы стремительно теряем давление. Мы с капитаном начали резко снижаться до трех километров над уровнем морем. Уверен, что для пассажиров это было как американские горки, однако мы все контролировали. Все это время был включен автопилот».
Данные об авариях (к примеру, о крушении самолета Helios Airways в 2005 году) свидетельствуют, что кислорода хватит на 12–15 минут.
Что произойдет, если не надевать кислородную маску при резком снижении?
Если в салоне упало давление, гипоксия (нехватка кислорода в мозге) быстро напомнит о себе тошнотой и головными болями. В редких случаях гипоксия может вызвать эйфорию.
Пользователь сайта Quora Трейси Брайан описала свои ощущения при разгерметизации и резком снижении: «Я была необычайно спокойна. Помню даже свой смех, шутки над другими пассажирами, которые надевали кислородные маски, и разговоры о том, что надевать их необязательно. На самом деле я испытывала кислородное голодание. В конце концов мой друг заставил меня надеть маску, и к тому моменту, когда гипоксия начала проходить, я стала нервничать».
Кислородные маски работают благодаря нагреванию
В самолетах не хранятся баллоны с кислородом — они весят слишком много. Все немного сложнее. В панели над каждым сиденьем содержится сочетание химических элементов, которое выделяет кислород при нагревании. Там может быть пероксид бария, который используется в фейерверках, хлорат натрия, который применяют для борьбы с сорняками, а также хлорат калия, который часто встречается в школьных экспериментах (он бурно реагирует в контакте с сахаром).
Не стоит ждать, что кислородный баллон будет надуваться. Многие пассажиры снимали маски, поскольку считали, что они не работают из-за пустого баллона, и в результате страдали от гипоксии. При этом предупреждение о том, что баллон не будет надуваться, содержится в любой предполетной инструкции.
По словам представителя British Airways, кислород в маски подается постоянным потоком. Баллон для этого газа не надувается, как в больницах. Его объем зависит от дыхания пассажира. Если он будет дышать слишком часто, баллон будет оставаться почти пустым. Если же пассажир будет дышать медленно, емкость может успеть наполниться.
Генератор кислорода также может сильно нагреваться, поэтому в салоне самолета может возникать запах гари. Беспокоиться из-за него не стоит.
Опасны ли генераторы кислорода? Отчасти. В 1996 году катастрофа самолета ValuJet 592 унесла жизни 110 человек. Причиной несчастного случая стало возгорание в генераторе кислорода. Пожар, однако, начался с грузового отсека: загорелись приборы, у которых давно закончился срок годности, а упаковка не соответствовала стандартам безопасности. Из-за толчка загорелся один, а затем огонь перекинулся на остальные. Кислородные маски не выдают пассажирам, если на борту наблюдается возгорание. В этом случае они могут только усугубить положение — кислород усиливает огонь.
Насколько безопасно вдыхать воздух из кислородных масок? «Есть риск вдохнуть небольшие частицы химикатов», — говорил эксперт Арч Карсон в интервью The Huffington Post в прошлом году. Однако, по его словам, это лучше, чем потерять сознание от недостатка кислорода.
FrequentFlyers.ru
Ликбез
Зачем в самолете гоняют воздух по кругу, когда есть забортный
08/06/2020
Все знают, как движется самолет в воздухе, а вот как движется воздух в самолете? Зачем смешивают забортный воздух с салонным, какие именно частицы задерживаются хвалеными фильтрами, почему нельзя разделить пассажиров защитными экранами и почему увлажнитель есть всего на одном типе воздушных судов? Обо всем этом FrequentFlyers.ru рассказали в Airbus, так что вот вам информация прямо от авиаконструкторов:
Самолет — вовсе не герметичная капсула, где сто пятьдесят человек сидят в ограниченном пространстве и три часа дышат одним и тем же воздухом. Попробуйте даже в одиночку посидеть в маленькой комнате с закрытыми стеклопакетами или в машине с принудительно включенным режимом рециркуляции, который вообще предназначен для того, если придется пару минут протащиться за вонючим грузовиком: вам быстро станет душно и некомфортно.
“Душно” — это когда кислорода становится меньше, а углекислого газа больше. Единственный способ добавить кислорода — это забирать свежий забортный воздух снаружи, а салонный изнутри выводить. В машине так и происходит: впереди воздухозаборник, сзади (обычно под бампером) выходят каналы вывода воздуха. В старых автомобилях система работала просто в движении за счет набегающего воздушого потока, в современных же стоит вентилятор.
Но на высоте 10 километров воздух сильно разрежен, имеет температуру порядка минус 50 градусов и влажность менее 1%. Из-за этого в нем нет бактерий, вирусов, пыльцы, пыли и прочих неприятных вещей, которые есть в “околоземном” воздухе. Но напрямую подавать такой “стерильный” воздух в салон невозможно: слишком он разрежен и холоден. Поэтому его нужно, во-первых, сжать и подать в салон под давлением, во-вторых, нагреть. Отлично: у нас есть двигатели, а у двигателей есть компрессоры, которые как раз воздух и сжимают, и нагревают. Осталось забирать часть этого теплого воздуха от компрессора, и проблема решена!
Да, вот только температура в компрессоре доходит до 250 градусов: воздух-то мы сжали, но слишком сильно нагрели. Надо охладить до “комнатной” температуры. Для этого горячий воздух пропускается через турбохолодильник (он же турбодетандер): здесь он вращает турбину, его тепловая энергия преобразуется в механическую и он охлаждается.
Но этот воздух по-прежнему очень сухой и подавать его в салон нельзя. Поэтому он смешивается с воздухом, отбираемым из салона. Влага в нем образуется в первую очередь за счет выдоха пассажиров. Опять же: если посидеть в автомобиле с включенной рециркуляцией, стекла запотеют именно из-за влаги в выдыхаемом воздухе.
Забортный и салонный воздух смешиваются в соотношении 50/50, остальные 50% салонного воздуха выбрасываются наружу через клапан, который также поддерживает необходимое “давление в кабине”. При этом воздух из туалетов и кухонь выбрасывается наружу в полном объеме, а в рециркуляции не участвует. В целом же, поскольку рециркулируется только половина салонного воздуха, он полностью обновляется каждые 2-3 минуты. Многочисленные исследования на самолете-лаборатории Airbus A340 показывали, что по прилете воздух в салоне всегда чище, чем при вылете. Для сравнения, в офисных помещениях по санитарным нормам это обновление происходит каждые 20 минут, в больницах каждые 10 минут.
Самолет-лаборатория A340 Flightlab
Но зачем это смешивание? Почему бы не увлажнять весь подаваемый воздух, а весь салонный не выводить? Дело в том, что увлажнители в цельнометаллические самолеты ставить боятся из-за опасений того, что они приведут к коррозии. И единственный тип ВС, на котором увлажнитель присутствует — это Airbus A350, фюзеляж которого сделан из композитных материалов. Там влажность воздуха составляет 20% против обычных 15%.
Но и это еще не все. Рециркулируемый воздух из салона проходит через HEPA-фильтры. Для частиц более 0,3 микрон он работает просто как сито (например, пылинка имеет размер 10 микрон, волос 50-70 микрон). Для частиц менее 0,3 микрон он работает по принципу диффузии: поскольку частицы в потоке воздуха движутся, как правило, хаотично, то “зависают” на волокнах фильтра, как бы “прилипая” к ним. Самые сложные частицы — как раз 0,3 микрон, и именно по ним оценивается эффективность фильтров. То есть, когда вы видите заявленную эффективность в 99,9%, то оставшийся 0,1% — это и есть те 0,3-микронные частицы.
Для понимания: вирусы имеют размеры 0,07-0,12 микрон.
HEPA-фильтры меняются по регламенту, то есть, это такой же “расходник”, как и все остальные, определяющие летную годность конкретного борта. Интервалы замены определяются производителями фильтров, а также зависят от типа ВС, что находит свое отражение в графике периодического технического обслуживания самолетов. В среднем рекомендуется их менять примерно каждые 5000 часов налета. Это именно средний показатель, могут быть незначительные поправки как в сторону уменьшения, так и увеличения. Нет HEPA-фильтров лишь на очень старых самолетах, например, A300 и A310, но и туда их можно установить дополнительно.
А теперь самое интересное. Чистый воздух подается в поперечном направлении сверху вниз в пределах одного блока кресел. От головы к ногам, и все! Продольного перемещения воздуха в самолете нет, по этой же причине нет и сквозняков. Поэтому с точки зрения эпидемиологической безопасности самолет принципиально отличается от автобуса, кинотеатра или другого общественного места: если больной пассажир кашлянет, то вирусы и бактерии не разлетятся по салону, их сразу же унесет воздушным потоком вниз. Половина отправится за борт, где тут же замерзнет, и даже если гипотетически попадет в воздухозаборник летящего следом самолета, то сгорит. Вторая половина навсегда останется в фильтрах.
Так что больной опасен лишь для двоих своих соседей по блоку кресел: у них воздух общий. Предлагалось даже разделять кресла защитными экранами, но этого никто делать не будет, поскольку они сильно замедлят эвакуацию. Поэтому тут помогут только маски: носящий маску кашлянет в нее, а не на соседей.