Апр 16

Высотно-климатические установки и некоторые вопросы их эксплуатации

Н. М. Ребров

Среди многочисленных установок, стендов и тренажеров, предназначенных для исследований, испытаний и тренировки летчиков в условиях, приближенных к обстановке реального полета, ведущее место принадлежит высотно-климатическим установкам и камерам специального назначения. Характерной особенностью является то обстоятельство, что наряду с созданием одноцелевых установок для имитации высоты, климата, перепадов давления, температур, газового состава, уровня шума, вибрации за последние годы в значительном количестве строится сложные комплексные системы, располагающие техническими возможностями одновременного воспроизведения суммы внешних факторов для изучения их влияния на живой организм.

Наряду с разрежением воздуха создаются в одном агрегате устройства для взрывной декомпрессии, обеспечения радиационного и конвективного тепла, регулируемого газового состава, звукоизоляции, искусственного шума, разной освещенности и других внешних факторов. Такие технические комплексы обеспечиваются системами регенерации, средствами связи, рабочими местами испытуемых, условиями питания, отдыха, физической загрузки и средствами специальных проб.

Значительное развитие получили камеры высокого вакуума, то есть такие, у которых средняя длина пути молекулы газа от одного столкновения до другого существенно превышает размеры сосуда или камеры.

Сложность получения высокого вакуума в больших объемах камер 15 –20 м3 и выше заключается в необходимости применения целых групп различных вакуумных насосов при сохранении безопасной их работы с кислородной средой большой концентрации.

Важным является вопрос обеспечения герметичности камер, плотности подгонки дверей, иллюминаторов, передаточных люков, электровводов, сварных швов, вентилей и другой запорной арматуры, резьбовых соединений и даже качества структурного строения материала самих стенок камеры.

Ввод в строй комплекса ТБК-12 и многолетний опыт эксплуатации высотных установок показал, что даже получение вакуума до 1 – 2 мм рт. ст. по остаточному давлению при максимальном сокращении натекания с целью сохранения заданного газового состава потребовало исключительно тщательной подгонки стыкующихся плоскостей, исключения любого коробления люков и дверей, применения резиновых жгутов, дутиков и уплотнений большой эластичности, замены вакуумных механических задвижек на сильфонные, применения спецлаков, пластилина, герметиков, специального битума для заливки воронок электровводов и др. В результате была обеспечена сравнительно высокая герметичность камер и безотказность работы всех систем при весьма длительной непрерывной эксплуатации установок. Например, по заводским характеристикам, барокамеры СБК-48 за 2 мин снижают высоту на 1000 м
при вакууме в камере, соответствующем высоте 18000 м, а после их доводки за один час теряют всего 25 м высоты.

Заслуживает внимания вопрос техники безопасности при эксплуатации вакуумных насосов с масляным уплотнением при откачке из камеры воздуха, содержащего высокий процент кислорода. На выхлопной стороне насоса при определенных соотношениях кислородной среды с масляной пылью из насоса, а также давлениях и температуре происходят локальные взрывы разной интенсивности, охватывающие зону от выхлопных клапанов насосов до внутреннего объема маслобака. Затем давление взрыва может распространиться по всей выхлопной системе с резким разрушением отводящей трубы. Основной причиной взрыва следует считать избыточное содержание кислорода в воздухе (свыше 40% по объему) и наличие на стенках выхлопной системы слоя осажденного вакуумного масла при длительной работе без очистки внутренних поверхностей. Поэтому необходимо исключение условий повышенного содержания кислорода в камере и проведение периодической (в зависимости от интенсивности работы насоса) очистки выхлопной системы от масляной пленки.

Дли получения большей эффективности при вакуумировании объемов необходимо конструктивно избегать длинных каналов от камеры к насосу и подбирать оптимальные размеры проходных сечений труб. Это подтверждается существующим выражением в количестве газа, протекающего через трубопровод круглого сечения при низком вакууме. Пропускная способность V равна:

где D
– диаметр трубы;

α – длина трубы;

η –вязкость воздуха;

р – среднее давление в канале, мм рт. ст.

Отсюда видно падение пропускной способности от увеличения длины канала и резкое возрастание при увеличении его диаметра, однако это ограничивается производительностью насосов.

Необходимо отметить определенное отставание в разработке и широком внедрении в практику соответствующих приборов для точного измерения вакуума, особенно в диапазоне от одного до сотых долей мм рт. ст.

Для приближенного контроля нами используются жидкостные манометры (до высот 12000 – 15000 м), авиационные высотомеры типа ВД-28, ВДИ-30 и др. Из новых приборов претендует на оригинальность схема электрозарядного магнитного манометра, построенного на принципе самостоятельного электрического разряда, возникающего между кольцеобразным анодом и заземленным металлическим корпусом манометра. Но этот прибор работает: при разрежениях свыше 10-5 мм рт. ст.

Для камер взрывной декомпрессии, имитирующих разгерметизацию кабины летательного аппарата на высоте, характерны затруднения в получении перепада барометрического давления в малые интервалы времени. По приближенным подсчетам, при срыве фонаря кабины летчика выравнивание давления происходит за тысячные доли секунды, а искусственно достигаются перепады длительностью до одной сотой доли секунды.

Для сокращения времени так называемой «взрывной декомпрессии» и повышения величины перепада необходимо максимально увеличивать проходное сечение сообщающего патрубка между камерой и емкостью, создавать меньший объем камеры и наибольший объем емкости, а также возможность мгновенного сообщения этих объемов.

При создании перепадной камеры применялась оригинальная конструкция перепадного механизма с устройством кассеты-диафрагмы из триацетатной пленки, которая при накаливании обеспечивает перепад давления от 760 до 10 мм рт. ст. за время около 0,1 сек при соблюдении в камере требований техники безопасности для испытаний с участием человека. Этому предшествовали многократные попытки решить задачу мгновенного перепада давлений с разработкой ряда конструкций, в том числе использования для кассеты рентгенпленки, позволившей впервые получить время перепада в камере с животными в тысячную долю секунды.

При создании камер холода заслуживает внимания вопрос соответствующего подбора холодильных установок и средств теплоизоляции. По известной зависимости, коэффициент теплопередачи в камере равняется:

где α1 –коэффициент теплопередачи от наружного воздуха к стенке;

α2
–коэффициент теплопередачи от стенки к воздуху внутри камеры;

σ – толщина стенки;

λ – коэффициент теплопроводности материалов изоляции.

А зная К, можно определить и количество тепла Q проникающего в камеру через изоляцию:

Q = K · F · Ө  ,

где F – поверхность термобарокамеры;

Ө – температура перепада внутри и снаружи камеры.

При этом учитывается термическое сопротивление изоляции σ/λ, теплопоток по тепловым каналам (болты, трубы и др.), теплопоток от испытываемого объекта, от освещения внутренних электроисточников, тепловыделения от испытуемых и др.

Из приведенного следует, что для достижения наибольшего режима холода и его сохранения в замкнутом объеме нужна определенная толщина стенок камеры и материал изоляции, обладающий высокими изолирующими свойствами. Исходя из этого, в качестве материалов используются особые сорта пенопласта, пробка Мипора и другие материалы.

Из холодильных машин, в зависимости от требований к качеству хладоагента, применяются аммиачные, фреоновые, углекислотные и другие системы. В комплексе ТБК-12 применена схема, состоящая из холодильных машин ФДС-5 с фреоном-30 (СН2
Сl2), аккумуляторов тепла и холода со вспомогательными агрегатами (масло — и воздухоотделителями, теплообменниками, осушителями и др.) для кондиционирования воздуха. Установка обеспечивает понижение температуры воздуха до – 55°C быстрым переходом на режим положительных температур.

При создании и эксплуатации камер, имитирующих радиационный нагрев, аналогичный лучистому тепловому потоку, проникающему в кабину в результате трения поверхности самолета в плотных слоях атмосферы, необходимо учитывать, что тепловое излучение определяется температурой излучателя и излучающей или поглощающей способностью тела.

Конструктивно камеры радиационного тепла мало отличаются друг от друга и состоят, по типу камеры РСБК, из настенных щитов-излучателей, покрывающих всю внутреннюю поверхность стенок пола и потолка с регулируемым извне электрическим нагревом щитов.

Практическая трудность использования камер состоит в том, что даже при уровне радиационного тепла 300°С, как в РСБК, вносимое в камеру оборудование (высотный костюм, кислородная маска, изоляция проводов, органическое стекло и другие материалы) должно обладать теплостойкостью, соответствующей температурному режиму облучения. В этом направлении уже решены некоторые задачи путем применения теплоизоляции стенок из совелитовых плит; для покрытия щитов применен черный жаростойкий лак на силиконовой основе, для клеммных щитов использован текстолит, подвергавшийся специальной противоогневой пропитке, применена жаростойкая изоляция проводов.

Нельзя не коснуться вопроса разработки и применения акустических имитаторов, воспроизводящих определенный уровень шума применительно к той обстановке, в которой работает человек у реактивного самолета. Создание установок, имитирующих уровень шума свыше 136–140 дб, затруднено, так как дальнейшее увеличение интенсивности шума ограничивается мощностью излучателя, которая должна возрастать в логарифмической прогрессии, а это не обеспечивается существующими системами создания, усиления и воспроизведения шума.

При эксплуатации сурдокамер обращает на себя внимание вопрос обеспечения гладкой поверхности внутренних стенок путем тщательной полировки и применения нержавеющих сталей или пластиков. Это необходимо для снижения физической адсорбции газа за счет поляризации молекул, а также сохранения заданного микроклимата и очистки стен от микробов при длительных экспериментах, так как пористые покрытия стенок в сурдокамерах не обеспечивают выполнения требований по санитарно-гигиенической очистке внутренней поверхности камеры.

Похожие статьи:

  1. Допустимая интенсивность шума при применении шумозащитного шлема (Об определении допустимых величин шумового воздействия при использовании шумозащитных шлемов....
  2. Шум и вибрации Известно, что шумы (звуки) и вибрации могут оказывать неблагоприятное воздействие...
  3. Перепады барометрического давления и их влияние на организм человека В авиационной и космической медицине под перепадом барометрического давления принято...

автор admin



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.