Літаки літають на великих висотах з двох причин. По-перше, літак, на великій висоті, споживає менше палива, ніж той же літак при тій же швидкості на більш низькій висоті, тому що літак ефективніший на більшій висоті польоту. По-друге, погану погоду і бурі можна уникнути, літаючи у відносно спокійному шарі атмосфери вище штормів. Більшість сучасних літаків розраховані на польоти на великих висотах, щоб використовувати переваги висотних польотів. Щоб мати можливість літати на більших висотах, літак повинен бути герметичний. Пілотам важливо знати основні принципи експлуатації таких літаків.
У типовому герметичному літаку кабіна, салон і багажні відділення складають єдину монолітну частину корпусу, здатну до утримання бо`льшего тиску повітря ніж атмосферний тиск зовні. На літаках, оснащених турбінними двигунами, повітря, що забирається з компресора використовується для наддуву тиску в кабіні. На ранніх моделях турбінних літаків використовувалися нагнітачі для підтримки тиску в герметичному фюзеляжі. На літаку з поршневими двигунами для підтримки тиску використовується повітря, що надходить через трубку Вентурі (обмежувач потоку) з кожного компресора. Виходить повітря з герметичного фюзеляжу за допомогою пристрою, названого клапаном відтоку. Клапан враховує постійний приплив повітря в герметичну область і відповідним чином регулює вихід повітря. [Малюнок 6-40]
Малюнок 6-40. Високоефективна система герметизації літака.
Система наддуву кабіни як правило підтримує тиск в кабіні відповідне приблизно 8,000 футів при максимальної конструктивної крейсерській висоті літака. Це запобігає різкі зміни тиску в кабіні, які можуть бути некомфортні або травмонебезпечні для пасажирів і екіпажу. Крім того, система герметизації здійснює необхідний обмін повітря з кабіни з навколишнім середовищем. Це необхідно для усунення запахів і освежнія повітря. [Малюнок 6-41]
Малюнок 6-41. Таблиця стандартного атмосферного тиску.
Наддув кабіни літака - метод захисту знаходяться в кабіні людей від ефектів гіпоксії. Всередині герметичній кабіни пасажири і екіпаж можуть благополучно перебувати в час тривалих польотів не відчуваючи дискомфорту і незручностей, особливо якщо висота польоту близько 8,000 футів або нижче, де використання кисневого обладнання не потрібно. Льотний екіпаж в таких літаках повинен знати про небезпеку випадкової втрати тиску в кабіні і бути завжди готовим для усунення таких надзвичайних ситуацій коли б вони не відбулися.
Наступні визначення допоможуть в розумінні принципів систем герметизації та кондиціонування повітря:
- Висота літака - фактична висота над рівнем моря, в на якій летить літак
- Температура навколишнього повітря - температура в області, безпосередньо навколо літака
- Тиск навколишнього повітря - тиск в області, безпосередньо навколо літака
- Висота в кабіні - тиск в кабіні з точки зору тиску еквівалентного тиску на даній висоті вище рівня моря (барометричний тиск)
- Перепад тиску - відмінність між тиском, що діє з одного боку стінки і тиском, що діє з іншого боку стінки. У літакових системах кондиціонування і наддуву - це відмінність між тиском в кабіні і тиском навколишнього повітря.
Система контролю тиску кабіни забезпечує регулювання тиску кабіни шляхом нагнітання і підбурювання тиску, а також надає кошти для того, щоб вибрати бажану висоту в кабіні в ізобаріческом діапазоні або вказавши перепад тиску. Крім того, аварійне зниження тиску кабіни також є функцією системи контролю тиску. Для реалізації Етін функцій контролю тиску використовуються регулятор тиску кабіни, клапан відтоку і запобіжний клапан.
За допомогою регулятор тиску кабіни можна задати необхідний тиск всередині кабіни в ізобаріческом діапазоні або задати значення максимального перепаду тиску. Якщо літак досягає висоти, при якій різниця між тиском усередині і зовні кабіни дорівнює максимальному конструктивно-допустимому знаюченію перепаду тиску, на який розрахований фюзеляж, то подальше збільшення висоти польоту приведе до відповідного збільшення висоти кабіни. Контроль перепаду тиску використовується, щоб запобігти пошкодженням фюзеляжу через великий перепад тиску з зовнішньої і внутрішньої сторони. Ця межа перепаду визначається стійкістю структури фюзеляжу, і частіше за все визначається відношенням розміру кабіни і розміром місць потенційного розриву, такі як вікна і двері.
Запобіжний клапан тиску повітря в кабіні - це комбінація клапана нагнітання, стравлювання тиску і клапана аварійного спуску тиску повітря. Регулятор нагнітання тиску перешкоджає тому, щоб тиск в кабіні перевищило задане значення різниці тиску щодо тиску навколишнього повітря. Регулятор стравлювання тиску перешкоджає тому, щоб навколишній тиск перевищило тиск в кабіні, дозволяючи навколишньому повітрю потрапити в кабіну, коли тиск навколишнього повітря перевищує тиск кабіни. Контрольний перемикач на прібоной панелі пускає в хід клапан аварійного скидання тиску. Коли цей перемикач включається, соленоїдний клапан відкривається, дозволяючи повітрю з кабіни піти в атмосферу.
Ступінь наддуву і висота польоту літака обмежені декількома критичними конструтівнимі факторами. Перш за все констуктівной особливість фюзеляжу, що визначає максимальний перепад тисків.
Спільно з регулятором наддуву використовується кілька датчиків і приладів. Індикатор перепаду тиску кабіни вказує на різницю між внутрішнім і зовнішнім тиском. Необхідно стежити за показаннями цього приладу, щоб бути впевненим, що перепад тиску не перевищує максимально допустимого. Покажчик барометрической висоти в кабіні також є індикатором поточного стану тиску в кабіні. Іноді ці два індикатори об'єднані в один. Третій інструмент вказує на швидкість прд'ема або зниження. Прилад швидкості підйому і зниження і покажчик висоти кабіни наведені малюнку 6-42.
Розгерметизацією літака називається нездатність системи наддуву підтримати заданий перепад тиску. Це може бути викликано збоєм в системі наддуву або порушення герметичності літака.
Розгерметизація або декомпресія буває двох типів по впливу на людину:
- Вибухова декомпресія - зміна тиску в кабіні швидше, ніж зміна тиску в легенях, при цьому можливе пошкодження легенів людини. Зазвичай, час, необхідний для виходу повітря з легенів без використання кисневої маски становить 0.2 секунди. Більшість фахівців вважають, що будь-яке падіння тиску відбувається швидше ніж за 0.5 секунди, є потенційно небезпечним.
- Швидка декомпресія - зміна тиску в кабіні відбувається повільніше, ніж вихід повітря з легенів, при цьому відсутня ймовірність пошкодження легенів.
Малюнок 6-42. Показники тиску в салоні.
Під час вибухової декомпресії може з'явитися шум у вухах і на мить можна втратити свідомість. Повітря салону стає туманним і наповнений пилом і зметнулася брудом. Туман виникає через різке зниження температури і зміни відносної вологості. Зазвичай закладеність вух нормалізується автоматично. Повітря виходить з легких через рот і ніс.
Швидке падіння тиску в літаку знижує швидкість реакції людини, тому що кисень швидко видихається з легких, знижуючи артеріальний тиск. Це зменшує парціальний тиск кисню в крові і зменшує швидкість реакції пілота на 30-25%. Тому кисневу маску потрібно одягати під час польоту на дуже великих висотах (35,000 футів або вище). Рекомендується, щоб члени екіпажу встановили 100% кисню на кисневому регуляторі на великій висоті, якщо літак обладнаний кисневої системою переривану подачі.
Основна небезпека розгерметизації - гіпоксія. Швидке і правльно застосування кисневого устаткування необхідно, щоб уникнути втрати свідомості. Інша потенційна небезпека полягає в тому, що під час розгерметизації семолета на великій висоті у пілота, екіпажу і пасажирів може почати розвиватися Кесон хвороба. Це відбувається при падінні тиску повітря, коли азот, розчинений в крові виділяється у вигляді бульбашок, що може привести до руйнування тканин тіла.
Якщо розгерметизація викликана структурним пошкодженням літака, то пілоти, члени екіпажу або пасажири знаходяться поблизу пошкоджених наражаються на небезпеку бути викинутим або віднесеними з літака. Люди, що знаходяться біля вогнища пошкодження повинні завжди одягати ремені безпеки або прив'язні ремені на своїх місцях, коли літак знаходиться під тиском. Крім того, люди біля вогнища пошкодження піддаються впливу сильних поривів вітру та надзвичайно холодним температур.
Необхідно вжити швидке зниження для зменшення згубного впливу розгерметизації. Автоматичні візуальні і звукові сигналізації входять до складу будь-якого обладнання наддуву салону.
Figure 6-40. High performance airplane pressurization system.
Figure 6-41. Standard atmospheric pressure chart.
Pressurization of the aircraft cabin is an accepted method of protecting occupants against the effects of hypoxia. Within a pressurized cabin, occupants can be transported comfortably and safely for long periods of time, particularly if the cabin altitude is maintained at 8,000 feet or below, where the use of oxygen equipment is not required. The flight crew in this type of aircraft must be aware of the danger of accidental loss of cabin pressure and be prepared to deal with such an emergency whenever it occurs.
The following terms will aid in understanding the operating principles of pressurization and air conditioning systems:
- Aircraft altitudeóthe actual height above sea level at which the aircraft is flying
- Ambient temperatureóthe temperature in the area immediately surrounding the aircraft
- Ambient pressureóthe pressure in the area immediately surrounding the aircraft
- Cabin altitudeócabin pressure in terms of equivalent altitude above sea level
- Differential pressureóthe difference in pressure between the pressure acting on one side of a wall and the pressure acting on the other side of the wall. In aircraft air-conditioning and pressurizing systems, it is the difference between cabin pressure and atmospheric pressure.
The cabin pressure control system provides cabin pressure regulation, pressure relief, vacuum relief, and the means for selecting the desired cabin altitude in the isobaric and differential range. In addition, dumping of the cabin pressure is a function of the pressure control system. A cabin pressure regulator, an outflow valve, and a safety valve are used to accomplish these functions.
The cabin pressure regulator controls cabin pressure to a selected value in the isobaric range and limits cabin pressure to a preset differential value in the differential range. When an aircraft reaches the altitude at which the difference between the pressure inside and outside the cabin is equal to the highest differential pressure for which the fuselage structure is designed, a further increase in aircraft altitude will result in a corresponding increase in cabin altitude. Differential control is used to prevent the maximum differential pressure, for which the fuselage was designed, from being exceeded. This differential pressure is determined by the structural strength of the cabin and often by the relationship of the cabin size to the probable areas of rupture, such as window areas and doors.
The cabin air pressure safety valve is a combination pressure relief, vacuum relief, and dump valve. The pressure relief valve prevents cabin pressure from exceeding a predetermined differential pressure above ambient pressure. The vacuum relief prevents ambient pressure from exceeding cabin pressure by allowing external air to enter the cabin when ambient pressure exceeds cabin pressure. The flight deck control switch actuates the dump valve. When this switch is positioned to ram, a solenoid valve opens, causing the valve to dump cabin air to atmosphere.
The degree of pressurization and the operating altitude of the aircraft are limited by several critical design factors. Primarily, the fuselage is designed to withstand a particular maximum cabin differential pressure.
Several instruments are used in conjunction with the pressurization controller. The cabin differential pressure gauge indicates the difference between inside and outside pressure. This gauge should be monitored to assure that the cabin does not exceed the maximum allowable differential pressure. A cabin altimeter is also provided as a check on the performance of the system. In some cases, these two instruments are combined into one. A third instrument indicates the cabin rate of climb or descent. A cabin rate-of-climb instrument and a cabin altimeter are illustrated in Figure 6-42.
Decompression is defined as the inability of the aircraftís pressurization system to maintain its designed pressure differential. This can be caused by a malfunction in the pressurization system or structural damage to the aircraft.
Physiologically, decompressions fall into two categories:
- Explosive decompressionóa change in cabin pressure faster than the lungs can decompress, possibly causing lung damage. Normally, the time required to release air from the lungs without restrictions, such as masks, is 0.2 seconds. Most authorities consider any decompression that occurs in less than 0.5 seconds to be explosive and potentially dangerous.
- Rapid decompressionóa change in cabin pressure in which the lungs decompress faster than the cabin, resulting in no likelihood of lung damage.
Figure 6-42. Cabin pressurization instruments.
Rapid decompression decreases the period of useful consciousness because oxygen in the lungs is exhaled rapidly, reducing pressure on the body. This decreases the partial pressure of oxygen in the blood and reduces the pilotís effective performance time by one-third to one-fourth its normal time. For this reason, an oxygen mask should be worn when flying at very high altitudes (35,000 feet or higher). It is recommended that the crewmembers select the 100 percent oxygen setting on the oxygen regulator at high altitude if the aircraft is equipped with a demand or pressure demand oxygen system.
The primary danger of decompression is hypoxia. Quick, proper utilization of oxygen equipment is necessary to avoid unconsciousness. Another potential danger that pilots, crew, and passengers face during high altitude decompressions is evolved gas decompression sickness. This occurs when the pressure on the body drops sufficiently, nitrogen comes out of solution, and forms bubbles that can have adverse effects on some body tissues.
Decompression caused by structural damage to the aircraft presents another type of danger to pilots, crew, and passengersññbeing tossed or blown out of the aircraft if they are located near openings. Individuals near openings should wear safety harnesses or seatbelts at all times when the aircraft is pressurized and they are seated. Structural damage also has the potential to expose them to wind blasts and extremely cold temperatures.
Rapid descent from altitude is necessary if these problems are to be minimized. Automatic visual and aural warning systems are included in the equipment of all pressurized aircraft.