КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ В ГЕРМЕТИЧЕСКИХ КАБИНАХ. ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ АТМОСФЕРЫ В ГЕРМЕТИЧЕСКИХ КАБИНАХ

  

Вся электронная библиотека >>>

 Спасение экипажей >>>

 

 

Системы обеспечения жизнедеятельности и спасения экипажей летательных аппаратов


Раздел: Учебники

 

Глава II ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ В ГЕРМЕТИЧЕСКИХ КАБИНАХ

§ 2.1. ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ АТМОСФЕРЫ В ГЕРМЕТИЧЕСКИХ КАБИНАХ

 

 

При нормальных условиях полета на больших скоростях и высотах герметическая кабина ограждает экипаж от неблагоприятного воздействия окружающей среды, параметры которой могут иметь значения, физиологически непереносимые человеческим организмом.

Важнейшим условием обитаемости герметических кабин является поддержание в требуемых пределах физиолого-гигиени- ческих параметров газовой среды. Определяющими физиолого- гигиеническими параметрами газовой среды герметических кабин летательных аппаратов являются: газовый состав искусственной атмосферы кабины, абсолютное давление Рк, парциальное давление кислорода Роа, скорость изменения давления dPK\dt, температура Тк, относительная влажность гк, а также чистота газовой среды в кабине.

Выбор необходимых значений физиолого-гигиенических параметров ограничен биологическими и физическими факторами. Основными биологическими факторами являются: работоспособность, физиология дыхания, декомпрессионные нарушения, терморегуляция, чувствительность к проникающей радиации и т. д. К физическим факторам следует отнести: опасность пожара и взрыва, вес конструкции кабины, расход электроэнергии, запас газа для компенсации потерь при утечке, экономические и эксплуатационные характеристики. Выбор физиолого-гигиенических параметров должен производиться с учетом взаимодействия между физическими и биологическими факторами.

Газовый состав. Для обеспечения жизнедеятельности экипажей в герметической кабине необходимо все время поддерживать определенный состав газовой среды. При создании искусственной атмосферы нет необходимости полностью воспроизводить состав воздуха Земли. Но наиболее важные для человека

газовые компоненты земной атмосферы должны присутствовать в газовой среде кабины в необходимых концентрациях. Наиболее важное физиологическое значение имеет кислород. Поскольку экипаж в кабине может находиться длительное время, то для сохранения его максимальной работоспособности парциальное давление кислорода в кабине должно быть на уровне 160 мм рт. ст. на основании выражения Ро2 == а0з -Як.

Вторым составляющим элементом должен быть азот. Азоту принадлежит большая роль в формировании общего давления. Исключив его из атмосферы кабины, мы должны либо заменить его другим биологически нейтральным газом, либо понизить давление в кабине. Однако переход к пониженному давлению не безразличен для человека. Наряду с азотом в качестве инертного газа может быть использован гелий, обладающий некоторыми преимуществами перед азотом. Гелий в семь раз легче азота, обладает высокой теплопроводностью. Возможность кратковременного пребывания человека в кислородно-гелиевой среде экспериментально доказана. Вместе с тем гелий обладает повышенной текучестью. В атмосфере гелия искажается частотный спектр речи.

В результате жизнедеятельности экипажей третьей газовой компонентой атмосферы кабины становится углекислый газ, который биологически активен и накопление его в организме "Человека вызывает определенное нарушение жизнедеятельности. Предельные значения парциального давления С02 показаны на  2.1. Повышение парциального давления углекислого газа до 7 мм рт. ст. (7 . 133 Н/м2) практически мало влияет на жизнедеятельность. Однако повышение парциального давления углекислого газа до 20 мм рт. ст. вызывает нарушение легочной вентиляции, отмечаются признаки отравления организма.

В зависимости от продолжительности полета и типа летательного аппарата возможны различные варианты газового состава атмосферы кабин. Для длительного полета человека считается необходимым в герметической кабине предусматривать обычную азотно-кислородную газовую среду. Для кабин космического корабля при кратковременных полетах (несколько суток) возможна чисто кислородная среда с давлением около 300 мм рт. ст. Такая газовая среда в значительной мере сокращает процесс шлюзования, обусловленный необходимостью снижения давления для предотвращения декомпрессионных нарушений, при выходе человека в скафандре в сильно разреженную среду на орбитальном участке полета. Вместе с тем газовая среда со 100-процентным содержанием кислорода представляет определенную опасность пожара.

Давление в кабине Рк. Верхний предел абсолютного давления для герметической кабины опредечяется весовыми характеристиками обшивки кабины летательного аппарата, удельной утечкой (§3.1) и временем снижения давления в кабине при ее разгерметизации. Вес обшивки складывается из минимального веса системы тепловой защиты, а также из веса систем,, необходимых для поддержания герметичности и сохранения необходимой прочности. Верхним пределом можно считать, давление 760 мм рт. ст. При установлении нижнего предела абсолютного давления исходят из необходимости поддерживать парциальное давление кислорода Р'0 в альвеолах легких на уровне 105 ,мм рт. ст. На уровне -моря это достигается в атмосфере сухого воздуха при парциальном давлении кислорода,, равном 160 мм рт. ст. Если в альвеолах легких парциальное давление углекислого газа составляет 40 мм рт. ст. и парциальное давление водяных паров — 47 мм рт. ст., то минимальное общее давление газовой среды, состоящей из чистого- кислорода, в кабине должно быть Рк = (105 + 40 + 47) мм рт. ст. Следовательно, величина абсолютного давления в кабине может выбираться в пределах от 760 до 192 мм рт. ст., сохраняя: в заданных пределах парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе за счет увеличения процентного содержания! кислорода в кабине. Однако многочисленные экспериментальные исследования и опыт эксплуатации систем кондиционирования воздуха показывает, что увеличение процентного содержания кислорода в кабине может явиться причиной возникновения пожара. Особенно острая опасность пожара возникает,, если процентное содержание кислорода в воздухе кабины начинает превышать 40%.

Таким образом, согласно графику ( 2.2), максимальное давление в кабине может быть 760 мм рт. ст. (при ао2 = 21°/0) и минимальное — порядка 300 мм рт. ст. (при a0l> =40%). Однако поддержание в кабине давления на уровне 760 мм рт. ст. при обычном высотном полете является не всегда рациональным как по соображению излишнего веса конструкции ГК, так и вследствие неблагоприятного влияния на организм человека больших перепадов давления в случае внезапной разгерметизации кабины на большой высоте.

Понижение общего давления в кабине ниже допустимой границы (около 300 мм рт. ст.) вызывает в организме человека декомпрессионные нарушения. Вероятность развития деком- прессионных нарушений зависит от высоты и длительности пребывания на ней

Анализ данных позволяет выбрать минимальное допустимое давление в кабине для азотно-кислородной газовой среды с процентным содержанием кислорода, равным 21% по объему. Например, если продолжительность полета самолета- истребителя на расчетной высоте будет ограничена 15 мин., то минимальное давление в кабине должно быть не ниже 268 мм рт. ст., что соответствует «высоте» в кабине около 8000 м. Вероятность развития декомпрессионных расстройств на этой высоте с учетом возможной длительности полета составляет 5—10%. Для кабин самолетов с продолжительностью полета более 15 мин такой режим давления не может быть принят, так как вероятность декомпрессионных расстройств возрастает до 40%. Очевидно, чтобы исключить это обстоятельство в кабинах" таких самолетов, общее давление должно быть не менее 300 мм рт. ст. при «высоте» около 7000 м. Заметим, что в обоих случаях для экипажа требуется применение систем кислородного питания.

В кабинах с чисто кислородной газовой средой общее давление может поддерживаться в диапазоне 270—360 мм рт. ст.

Парциальное давление кислорода Ро,. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности экипажа необходимо в газовой среде кабины поддерживать Ро.2 на уровне, превышающем тог минимальный предел, при котором насыщение крови кислородом достигает по меньшей мере 95%. На  2.2 показан возможный диапазон изменения общего и парциального давления кислорода в герметических кабинах л.а. На графике отображены зона нормальной жизнедеятельности и заштрихованные области недопустимых значений парциального давления кислорода в функции абсолютного давления и процентного содержания кислорода в кабине.

Зона нормальной жизнедеятельности показывает диапазон колебаний процентного содержания кислорода и общего давления, которые не вызывают ухудшения работоспособности экипажа. При изменении Ро, в пределах 120—220 мм рт. ст. не наблюдается каких-либо физиологических изменений у экипажа при длительном пребывании в такой газовой среде. Слева от зоны нормальной жизнедеятельности расположена область с парциальным давлением кислорода ниже 120 мм рт. ст. При длительном нахождении в данной области экипаж будет подвергаться явлению гипоксии. Справа от зоны нормальной жизнедеятельности располагается область с высокой концентрацией кислорода, именуемая областью токсического действия кислорода с парциальным давлением более 300 мм рт. ст. На  2.3 показана зависимость появления симптомов токсического действия кислорода от его парциального давления и времени. При (Парциальном давлении выше 760 мм рт. ст. в первую очередь оказывается пораженной центральная нервная система, что сопровождается такими симптомами, как тошнота, головокружение, конвульсии и обморок. В диапазоне, давлений 400--760 мм рт. ст. преобладают симптомы, характеризующие поражение дыхательной и нервной систем. К ним относятся за- грудинные боли, зуд, покалывание кожи и тошнота. В диапазоне давлений 200—400 мм рт. ст. наблюдаются симптомы поражения органов дыхания (ателектаз легких).

Из проведенного анализа следует, что парциальное давление кислорода в кабине не должно выходить за пределы, обусловленные зоной нормальной жизнедеятельности ( 2.2).

Скорость изменёния давления dPJdt. Для ослабления эффекта декомпрессионной болезни у экипажа, порождаемой резким изменением давления в кабине, скорость изменения давления газовой среды должна ограничиваться.

По существующим физиологическим нормам скорость изменения давления воздуха в кабине не должна превышать: при непродолжительных полетах dPJdt < 5 -f-10 мм рт. ст./с, при продолжительных полетах dPJdt < 2 мм рт. ст./с.

Температура Тк. На  2.4 отображена зона оптимальных значений температуры и относительной влажности воздуха для человека. Если температура и влажность воздуха в кабине изменяются и выходят за пределы зоны нормальной жизнедеятельности, то у человека наблюдается ряд неприятных ощущений, приводящих к нарушению работоспособности. Так, например, ниже линии, соответствующей температуре точки росы наблюдается значительная сухость кожи и дыхательных путей; левее оптимальной зоны наблюдается чувство озноба, наоборот, правее указанной зоны появляется повышенное потовыделение, и, наконец, выше рассмотренной зоны наблюдается явление перегрева организма человека из-за прекращения потоотделения.

Из рассмотрения допустимой области температурно-влаж- ностных условий в кабине, приведенной на  2.4, следует, что человек может в течение неограниченно длительного времени переносить только привычный для него климат. Физиологически нейтральная температура для азотно-кислородной среды находится примерно на уровне 21°С. Поэтому в кабинах летательных аппаратов за оптимальное значение температуры воздуха принимается температура в 21°С. При наличии аэродинамического нагрева допускается (не более 5 минут) повышение температуры до 30°С. Если температура в кабине будет превышать 30°С, то для экипажей следует предусматривать скафандры, либо специальную вентилирующую одежду с целью ослабления воздействия повышенной температуры на организм человека.

Влажность. Влажность для состояния человеческого организма имеет меньшее значение, чем давление и температура газовой среды. Однако сильное изменение относительной влажности в кабине, как уже отмечалось, может привести к нарушению саморегуляции температуры тела человека, эффективность которой, как известно, зависит от степени насыщения влагой газовой среды, окружающей тело летчика. Согласно графику, приведенному на  2.4, допускается изменение отно

сительной влажности в пределах 30—70%. За оптимальное значение принимается величина относительной влажности, равная 40—60%.

Аэроионный режим. При формировании искусственной атмосферы в кабине необходимо принимать во внимание также и аэроионный режим. Известно, что чем чище воздух, тем больше содержится в нем атмосферных ионов (аэроионов) того или иного знака. Установлено, что аэроионы, в отличие от других физических факторов, действуют на организм, человека в основнохМ через легкие. Характер действия аэроионов на организм определяется прежде всего знаком электрического заряда. Благоприятное влияние на организм оказывают, как правило, аэроионы отрицательного знака, которые улучшают окис- лительно-восстановительные процессы в живом организме. Гигиеническим критерием газовой среды является так называемый коэффициент униполярности, который определяется отношением числа положительных аэроионов п к числу отрицательных аэроионов /г. Коэффициент униполярности газовой среды, определяющий высокую жизнедеятельность организма, должен быть не больше единицы. Однако уровень аэроионизации (АИ) кабин существующих летательных аппаратов значительно отличается от нормального уровня АИ в естественных условиях. На уровень АИ кабин влияют: состояние атмосферной ионизации, светящиеся массы авиационных приборов. Объективные физиологические исследования пилотов позволили установить характерные изменения в состоянии некоторых физиологических функций и, зрительного анализатора, которые свидетельствовали о наступлении утомления при продолжительных полетах. Экспериментально установлено, что при создании искусственной АИ в зонах дыхания с коэффициентом униполярности 0,75 происходит значительная нормализация состояния человека, в частности, нормализация артериального давления.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Системы обеспечения жизнедеятельности и спасения экипажей летательных аппаратов

 




Смотрите также:

    

Кабина и оперение. платформа, оборудование автомобилей....

Для улучшения герметичности уплотнения между металлическим корпусом кабины и уплотнителем используется водозапорн.ая мастика.

 

Космический скафандр. Жесткие и мягкие скафандры

Космический скафандр — это герметичный костюм, в котором космонавт может жить и ... Скафандр часто сравнивают с уменьшенной до размеров тела человека герметичной кабиной.

 

Агрегатный кондиционер. ИСПЫТАНИЕ И НАЛАДКА АВТОНОМНЫХ...

В кабинах крановщиков устанавливаются крановые кондиционеры КТ1-4 с воздушным охлаждением конденсатора. ... герметичность кабины и устранить выявленные неплотности

 

12 апреля день космонавтики. Эволюция скафандра, советские...

В дальнейшем и американские космонавты покидали герметическую кабину корабля—для работы в открытом космосе и на Луне.

 

Дирижабли и аэростаты

Он же предложил использовать на аэростатах герметичные кабины с запасом кислорода. Эту идею реализовал в 1885 г. А. Пиккар.

 

кислород окислитель. Но союз кислорода и двухвалентного железа...

Проникая в кабину, угарный газ может явиться причиной отравлений экипажа. Современные воздушные лайнеры оборудованы герметичными кабинами...

 

Художественное конструирование автомобилей. Самодельный автомобиль...

Герметизация и теплоизоляция кабины обеспечиваются применением уплотнителей на дверных и оконных проемах, а также в местах ввода тяг и проводов.

 

Последние добавления:

 

Калибровка инструментов Слесарные и сборочные работы 

 Промышленные здания  Предварительно напряженный железобетон