IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В современном мире количество пассажиров, предпочитающих путешествовать самолетами, увеличивается из года в год.

В современных самолетах поддерживаются различные и изменяющиеся параметры внутренней среды, касающиеся температуры, давления и влажности. Характеристики воздуха в салонах самолетов сходны с параметрами внутреннего воздуха домов и офисных зданий.

Однако все же салоны самолетов отличаются от зданий во многих отношениях, в частности пространством, приходящимся на одного пассажира, необходимостью герметизации салона, вынужденным отсутствием активности во время полета и другими факторами.

На пассажиров, которые могут иметь различные болезни и относиться к различным возрастным категориям, действуют такие атмосферные факторы, как недостаточная влажность, пониженное давление воздуха, присутствие в воздухе различных загрязняющих веществ (озон, углекислый газ и другие органические вещества и биологические структуры).

Современные самолеты оборудованы системой контроля внутренней среды (Environmental Control System- ECS), обеспечивающей безопасный, комфортабельный и неугрожающий здоровью полет как для пассажиров, так и для экипажа.

В этой системе наружный воздух забирается силовой системой самолета, смешивается с отфильтрованным внутренним воздухом и подается в салон.

Система ECS предназначена для снижения концентрации в воздухе загрязняющих веществ, которые могут проникнуть в салон, а также для регулирования температуры, давления, влажности и вентиляции салона самолета.

Чистота воздуха в помещении определяет качество внутреннего воздуха в этом помещении.

Чистый воздух - это воздух, концентрация загрязняющих веществ в котором не превышает определенного уровня, устанавливаемого стандартами, и который не вызывает дискомфорта у людей.

На рисунке 1 представлены основные компоненты ECS, обеспечивающие удовлетворение физиологических потребностей пассажиров и создающие определенный комфорт в салоне самолета.

Рисунок 1- Компоненты ECS

Конструкция системы вентиляции салона основана на подаче вентиляционного воздуха в каждый ряд кресел и на сборе и удалении отработанного воздуха из пространства того же ряда. Такой подход снижает риск распространения инфекций по всему салону самолета.

В самолетах используют системы рециркуляции, применяющие высокоэффективные фильтры и позволяющие снизить долю отводимого воздуха.

Система кондиционирования воздуха- одна из бортовых систем жизнеобеспечения. СКВ предназначена для поддержания давления и температуры воздуха в гермокабине летательного аппарата на уровне, обеспечивающем нормальную жизнедеятельность экипажа и пассажиров. Герметичность кабин обеспечивается их конструктивным исполнением, наличием уплотнений на дверях и люках, а также постоянным наддувом от СКВ.

Обычно система работает на воздухе, отбираемом от компрессоров работающих авиадвигателей, с температурой отбираемого воздуха до 500 градусов и давлением до 1,6 МПа. Воздух разделяется на два потока (линии). Один поток проходит систему интенсивного охлаждения и поступает в смеситель (холодная линия), второй поток поступает в смеситель напрямую (горячая линия). В смесителе оба потока дозированно смешиваются и затем подаются в гермокабину. Также горячий воздух на многих самолётах направляется в противообледенительную систему (ПОС) и проходит по трубам под обшивкой, обогревая её во избежание нарастания льда.

Для охлаждения воздуха применяют следующие типы теплообменников- воздухо-воздушные (ВВР) или топливно-воздушные радиаторы (ТВР) и турбохолодильники (ТХ). В сложных системах кондиционирования могут применяться несколько ступеней (каскадов) для охлаждения воздуха, и каждая со своими автоматическими регуляторами температуры, например, на Ту-154 отобранный от двигателей воздух охлаждается в первичных ВВР и ТХ, установленных возле третьего двигателя, и подаётся к ПОС и СКВ, а в СКВ имеются по два вторичных ВВР и ТХ (установленных в носках корневых частей крыльев, для продува ВВР в крыльях сделаны небольшие воздухозаборники), охлаждающих воздух до пригодной для дыхания температуры. Типовой автоматический регулятор температуры (АРТ) состоит из задатчика температуры в кабине, датчика температуры в трубопроводе, электронного блока автоматического управления и исполнительного электромеханизма- регулирующей заслонки в трубопроводе. Значительная часть регуляторов в СКВ могут не иметь задатчика в кабине и работают только в автоматическом режиме.

При подаче охлаждённого воздуха в кабину/салон самолёта из воздуховодов СКВ может образовываться туман, который постепенно исчезает с выходом системы на устойчивый режим работы. Для предотвращения (уменьшения) этого явления при проектировании предусматриваются специальные меры (контур отделения влаги и сброс конденсата в забортное пространство из дренажных отверстий СКВ).

Давление воздуха в гермокабинах регулируется по специальным программам, которые несколько различаются на пассажирских (транспортных) машинах, тяжёлых маломанёвренных и манёвренных военных самолётах. Кондиционированный воздух может подаваться не только в гермокабины, но и в технические отсеки для продува разнообразного электронного оборудования, с целью поддержания требуемого рабочего температурного режима блоков и агрегатов.

В аварийных случаях, для быстрого прекращения наддува кабины, например, при пожаре двигателя и поступлении дыма из воздуховодов в кабину, в СКВ предусматривают аварийные заслонки, практически мгновенно перекрывающие трубопроводы, или трёхходовые краны, которые в нормальном режиме плавно управляют заслонкой на открытие-закрытие, а в аварийном режиме электромотор работает в форсированном режиме только на закрытие. Также для аварийных случаев служит так называемая "вентиляция на малых высотах" или "вентиляция от скоростного напора", служащая для проветривания кабины при задымлении, для чего предварительно необходимо снизиться до высоты 4000 метров, разгерметизировать кабину и включить вентиляцию.

Факторы, влияющие на качество внутреннего воздуха в самолетах, могут быть разбиты на пять категорий:

• давление;

• содержание кислорода;

• температура;

• влажность;

• концентрация загрязняющих веществ в воздухе.

Внезапное изменение уровня одного или нескольких из этих факторов или взаимодействие между ними могут вызвать ухудшение качества внутреннего воздуха и, следовательно, могут оказывать отрицательное воздействие на здоровье пассажиров и экипажа.

1. Давление. Так как на большой высоте плотность воздуха очень мала, действующая на самолет сила сопротивления также мала. Это обстоятельство делает эффективным полет на больших высотах.

По этой причине для обеспечения безопасности экипажа и пассажиров салоны почти всех коммерческих самолетов герметизированы. Действующий стандарт герметизации салонов самолетов определен в разделе 25.841 Федеральных авиационных предписаний (FAR) Федерального авиационного агентства (FAA).

Согласно этому стандарту, давление в салоне при нормальных рабочих условиях не должно быть выше давления на высоте 2 450 м. Если даже давление в салоне поддерживается на постоянном уровне, соответствующем 2 450 м, это давление ниже давления на уровне моря. Такое низкое давление может отрицательным образом сказываться на физиологии пассажиров. Пониженное давление вызывает расширение пузырьков воздуха, находящихся в клетках тела человека, что может быть причиной плохого самочувствия, а у людей с повышенной чувствительностью это может вызвать более серьезные угрозы здоровью.

1. Кислород. При установившемся состоянии атмосферы величина атмосферного давления на уровне моря равна 760 мм ртутного столба. При этом парциальное давление кислорода составляет 160 мм ртутного столба (приблизительно 21 %). Но поскольку в этих условиях процентное содержание углекислого газа и водяного пара возрастает, парциальное давление кислорода снижается приблизительно до величины 105 мм ртутного столба. Таким образом, парциальное давление, к которому привык человеческий организм, равно 105 мм ртутного столба. Если парциальное давление кислорода ниже этого уровня, поступление кислорода в кровь снижается, и обычный ритм организма человека нарушается.

2. Температура в салоне в большей степени влияет на комфорт летящих в самолете людей. Однако вместе с другими физическими и биологическими факторами она может оказывать отрицательное воздействие и на здоровье, т. к. влияет на интенсивность потери жидкости пассажирами и членами экипажа. Кроме того, влажность, которая непосредственно связана с температурой, также влияет на тепловой комфорт.

Температура также влияет на восприятие качества воздуха. При росте температуры воздух в помещении ощущается находящимися там людьми как более загрязненный. Кроме этого, температура существенным образом влияет на интенсивность выделения летучих органических соединений (Volative Organic Compounds – VOC), источниками которых являются тело человека и материалы салона. Следовательно, концентрация загрязняющих веществ в воздухе салона будет также возрастать.

1. Относительная влажность воздуха салона имеет две важные характеристики, имеющие отношение к качеству воздуха: комфорт пассажиров и влияние на конструкцию самолета и на безопасность полета.

Высокая относительная влажность (выше 70 %), особенно при высокой температуре, создает дискомфортную среду для пассажиров. В такой ситуации в салоне выпадает конденсат, и капли воды могут вызывать коррозию, которая может представлять опасность для конструкции самолета. Кроме того, некоторые опасные для человека биологические организмы могут размножаться в условиях повышенной влажности.

Усовершенствованные системы ECS современных самолетов осушают забортный воздух при помощи отделителей влаги.

Таким образом, основными источниками влажности в салоне являются дыхание пассажиров и испарения с поверхности человеческого тела. Смешиванием наружного и рециркуляционного воздуха из салона достигается относительная влажность около 10–20 %. Эти значения ниже показателей, задаваемых стандартами комфорта ASHRAE (Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха).

В настоящее время от пассажиров и членов экипажа поступает множество жалоб, связанных с условиями полета, параметрами внутренней среды салона (давления и влажности), взвешенными в воздухе твердыми частицами и загрязняющими веществами (чистящие средства, гидравлическая жидкость, озон), а также с физиологическими проявлениями и неудобствами полета (усталость, шум, необходимость длительное время сидеть в замкнутом пространстве, сбой биологических ритмов).

Однако из-за того, что до сих пор не проводится централизованный сбор и анализ этих жалоб, очень трудно установить связь между факторами, влияющими на качество внутреннего воздуха, и потенциальной опасностью этих факторов.

Нет сомнения, что исследования в этой области помогут установить необходимые параметры качества внутреннего воздуха в самолетах и что эти усилия приведут к подготовке стандарта качества внутреннего воздуха для самолетов.

Кроме того, они будут способствовать обеспечению, особенно для длительных полетов, качества внутреннего воздуха, соответствующего потребностям высокого уровня комфорта и не представляющего угрозы здоровью людей и безопасности полетов.

Код для цитирования: Скопировать