Дек 25

Физиологические и инженерные требования к сверхзвуковому транспорту при М=13

J. N. Waggoner

Aerospace Medicine, 1962, v. 33, N 3, pp. 303–310

Заслуживает внимания сообщение о полетах пассажирских самолетов на высоте 21 км со скоростями, соответствующими М=3–3,4, в связи с чем необходимо рассмотреть следующие проблемы безопасности пассажиров при таких полетах:

— температуру торможения воздуха, сжатого за счет скоростного напора;

— давление в кабине;

— требования к системе охлаждения кабины;

— температуру внутренних стен кабины;

— шумы, возникающие в пограничном слое воздуха;

— токсикологию полета.

Температура торможения

Сверхзвуковой самолет должен набрать на дозвуковой скорости высоту, по крайней мере, 10,5 км, на которой звуковой удар не представляет опасности для людей и построек, находящихся на земле. Он должен лететь далее на высоте 21 км с М=3. В этих условиях, благодаря столкновению молекул воздуха с поверхностью самолета, выделяется большое количество тепла. При этом температура торможения воздуха, сжатого напором, достигает примерно 332° С, что вызывает нагревание поверхности фюзеляжа самолета приблизительно до 232° С. На высотах 10,5–21 км при М=0,95 необходимо охлаждение кабины, а при меньших скоростях полета – подогрев ее. Последнее относится к современным реактивным самолетам (Боинг-707, Дуглас ДС-8, Конвейр-880), которые летают с М=0,85.

Перепад давления между кабиной и окружающей атмосферой

Для пассажиров желательно иметь в кабине самолета такие же условия, как и на земле. Однако, если в кабине самолета будет поддерживаться такое же давление, как и на уровне моря, то перепад его между кабиной и окружающей атмосферой при высоте полета 21 км будет составлять 1033 г/см2, что является недопустимым.

На высоте 21 км перепад давления между атмосферой и кабиной составит 815,5 г/см2, если давление в последней соответствует «высоте» 1,5 км.

Требования к охлаждению кабины

Нагревание воздуха в кабине сверхзвукового самолета происходит за счет выделения тепла при торможении пограничного слоя воздуха, которое передается в кабину через обшивку самолета, электрическим оборудованием (постоянная величина) и отдачи тепла пассажирами. При М=3 из кабины должно быть отведено 75 600 ккал/час.

Температура внутренних стен кабины

Эта температура должна отличаться от температуры воздуха в кабине не более чем на 10–12° С. Температура внутренних стен кабины в 32° может поддерживаться при температуре торможения воздушного потока в 330° и температуры наружной обшивки в 220° за счет циркуляции воздуха.

Шумы, возникающие в пограничном слое воздуха

Эти шумы, возникающие при соприкосновении воздушного потока с поверхностью самолета, имеют аэродинамическую природу, а не исходят от двигателей. Уровень звукового давления в пограничном слое воздуха составляет в среднем 132 дб для дозвукового и 140 дб для сверхзвукового самолетов. Поэтому сила звука должна быть ослаблена примерно в три раза посредством использования высокочастотных звукопоглощающих материалов. Кроме того, большое внимание должно быть обращено на прочность конструкции самолета, особенно его хвостовой части. При этом целесообразно использовать сталь вместо алюминия.

Токсикология полета

При полетах на высоте 21 км потребуется изучение уровня радиации. Необходимо будет также определить содержание озона на этих высотах. Последнее связано с тем, что так называемый «озонный пояс» охватывает землю на высотах между 18 и 30 км. Возможно, что должны быть разработаны способы снижения содержания озона, основанные на фильтрации и сжатии воздуха. Система кондиционирования воздуха в кабине самолета должна обеспечить условия комфорта для пассажиров на всех этапах полета. Для этого вентиляционная система должна подавать 0,566 м3/мин свежего воздуха на одного человека соответствующей температуры и давления. Температура воздуха должна поддерживаться в пределах 21–27° С, а давление соответствовать «высоте» 1,5 км.

Различные системы охлаждения могут использоваться для отвода тепла из кабины самолета. Из них наибольшее значение имеют воздушные и паровые системы охлаждения.

Воздушная система охлаждения является разомкнутой, а сам воздух является хладоагентом. Для работы такой системы требуется большое количество воздуха, сжатого до высокого давления. Для сжатия можно использовать двигатели самолета или вспомогательный компрессор. При этом, однако, необходимо дополнительное охлаждение воздуха, если он забирается из потока, окружающего самолет, летящий с М=3. Эта проблема отпадает лишь в том случае, если для работы системы используются баллоны со сжатым воздухом. Для охлаждения воздуха, забираемого из воздушного потока, окружающего самолет, можно использовать топливо при условии хорошей тепловой изоляция топливной системы. Можно использовать также теплообменники, где в качестве хладоагента применяется вода. Однако в этом случае значительно возрастает вес системы охлаждения.

Паровая система охлаждения является замкнутой. К циркулирующему воздуху добавляется лишь небольшой процент свежего воздуха из баллона для компенсации утечки из кабины и улучшения его качества. Циркулирующий воздух отдает свое тепло охлаждающей жидкости (этиленгликоль), протекающей по промежуточному контуру. Промежуточный хладоагент в испарителе передает тепло фреону, который в свою очередь в конденсаторе отдает его топливу. Так как расход свежего воздуха незначительный, то целесообразно получать его из баллона. На стоянках самолета баллон может заменяться.

Система кондиционирования воздуха может быть сделана надежной, для чего необходимо использовать несколько идентичных систем.

Наибольшую опасность для пассажиров, летящих на высоте 21 км, представляет разгерметизация кабины. Поэтому необходимо предусмотреть средства искусственного поддержания давления в кабине при авариях. Одним из возможных способов поддержания его при разгерметизации кабины является использование аварийной вентиляционной системы, которая автоматически включается при понижении давления и способна поддерживать давление, соответствующее «высоте» 6 км за счет скоростного напора встречного потока воздуха. Так как этот воздух может иметь высокую температуру, то его пропускают через холодильник, где он расходует часть своего тепла на испарение воды. Расход воздуха для поддержания в кабине определенной «высоты» в случае ее разгерметизации зависит от размеров отверстия, вызвавшего декомпрессию. Кроме того, каждый пассажир должен иметь кислородную маску.

Для удовлетворения физиологических требований и обеспечения комфорта пассажиров в самолете должны соблюдаться следующие условия:

— температура поддерживаться в пределах 21–27° С, для чего целесообразно использовать паровую систему охлаждения;

— давление соответствовать «высоте» 1,5 км;

— температура внутренних стен кабины не превышать температуру воздуха в ней более чем на 10–12° С, для чего в них должны быть отверстия небольшого диаметра, через которые мог бы проходить воздух;

— уменьшение действия шумов в пограничном слое воздуха может происходить за счет хорошей звукоизоляции;

— в системе охлаждения рекомендуется иметь четыре дублирующих установки;

— предусмотреть аварийную систему восстановления давления в кабине, для чего целесообразно использовать скоростной напор встречного потока воздуха.

А. Волков

Похожие статьи:

  1. Температурный режим в кабине самолета Как уже указывалось, поддержание определенного температурного режима – одно из...
  2. Индивидуальные системы охлаждения Выполнение космонавтом различных работ в кабине корабля, открытом космосе или...
  3. Катапультирование вверх – избежание неблагоприятных последствий Во избежание неблагоприятных последствий при катапультировании рекомендуется плотно фиксировать туловище...

автор admin \\ теги: , ,



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.