Руководство пилота по аэронавтике » Глава 6. Системы самолета » Герметичность самолета

Герметичность самолета

Pressurized Aircraft

Самолеты летают на больших высотах по двум причинам. Во-первых, самолет, на большой высоте, потребляет меньше топлива, чем тот же самолет при той же скорости на более низкой высоте, потому что самолет более эффективен на большей высоте полета. Во-вторых, плохой погоды и бури можно избежать, летая в относительно спокойном слое атмосферы выше штормов. Большинство современных самолетов рассчитаны на полеты на больших высотах, чтобы использовать преимущества высотных полетов. Чтобы иметь возможность летать на больших высотах, самолет должен быть герметичен. Пилотам важно знать основные принципы эксплуатации таких самолетов.

В типовом герметичном самолете кабина, салон и багажные отделения составляют единую монолитную часть корпуса, способную к удержанию бо`льшего давления воздуха чем атмосферное давление снаружи. На самолетах, оснащенных турбинными двигателями, воздух, забираемый с компрессора используется для наддува давления в кабине. На ранних моделях турбинных самолетов использовались нагнетатели для поддержания давления в герметичном фюзеляже. На самолете с поршневыми двигателями для поддержания давления используется воздух, поступающий через трубку Вентури (ограничитель потока) с каждого компрессора. Выходит воздух из герметичного фюзеляжа с помощью устройства, назваемого клапаном оттока. Клапан учитывает постоянный приток воздуха в герметичную область и соответствующим образом регулирует выход воздуха. [Рисунок 6-40]

Рисунок 6-40. Высокоэффективная система герметизации самолета.

Система наддува кабины как правило поддерживает давление в кабине соответствующее приблизительно 8,000 футам при максимальной конструктивной крейсерской высоте самолета. Это предотвращает резкие изменения давления в кабине, которые могут быть некомфортны или травмоопасны для пассажиров и экипажа. Кроме того, система герметизации осуществляет необходимый обмен воздуха из кабины с окружающей средой. Это необходимо для устранения запахов и освежния воздуха. [Рисунок 6-41]

Рисунок 6-41. Таблица стандартного атмосферного давления.

Наддув кабины самолета – метод защиты находящихся в кабине людей от эффектов гипоксии. Внутри герметичной кабины пассажиры и экипаж могут благополучно находиться в время длительных полетов не испытывая дискомфорта и неудобств, особенно если высота полета около 8,000 футов или ниже, где использование кислородного оборудования не требуется. Летный экипаж в таких самолетах должен знать об опасности случайной потери давления в кабине и быть всегда готовым для устранения таких чрезвычайных ситуаций когда бы они не произошли.

Следующие определения помогут в понимании принципов систем герметизации и кондиционирования воздуха:

  • Высота самолета – фактическая высота выше уровня моря, в на которой летит самолет
  • Температура окружающего воздуха – температура в области, непосредственно вокруг самолета
  • Давление окружающего воздуха – давление в области, непосредственно вокруг самолета
  • Высота в кабине – давление в кабине с точки зрения давления эквивалентного давлению на данной высоте выше уровня моря (барометрическое давление)
  • Перепад давления – различие между давлением, действующим с одной стороны стенки и давлением, действующим с другой стороны стенки. В самолетных системах кондиционирования и наддува – это различие между давлением в кабине и давлением окружающего воздуха.

Система контроля давления кабины обеспечивает регулирование давления кабины путем нагнетания и стравливания давления, а также предоставляет средства для того, чтобы выбрать желаемую высоту в кабине в изобарическом диапазоне или указав перепад давления. Кроме того, аварийное снижение давления кабины также является функцией системы контроля давления. Для реализации этин функций контроля давления используются регулятор давления кабины, клапан оттока и предохранительный клапан.

С помощью регулятор давления кабины можно задать необходимое значение давления внутри кабины в изобарическом диапазоне или задать значение максимального перепада давления. Если самолет достигает высоты, при которой различие между давлением внутри и снаружи кабины равно максимальному конструктивно-допустимому знаючению перепада давления, на который рассчитан фюзеляж, то дальнейшее увеличение высоты полета приведет к соответствующему увеличению высоты кабины. Контроль перепада давления используется, чтобы предотвратить повреждения фюзеляжа из-за большого перепада давления с внешней и внутренней стороны. Этот предел перепада определяется устойчивостью структуры фюзеляжа, и чаще всего определяется отношением размера кабины и размером мест потенциального разрыва, такие как окна и двери.

Предохранительный клапан давления воздуха в кабине – это комбинация клапана нагнетания, стравливания давления и клапана аварийного спуска давления воздуха. Регулятор нагнетания давления препятствует тому, чтобы давление в кабине превысило заданное значение разницы давления относительно давления окружающего воздуха. Регулятор стравливания давления препятствует тому, чтобы окружающее давление превысило давление в кабине, позволяя окружающему воздуху попасть в кабину, когда давление окружающего воздуха превышает давление кабины. Контрольный переключатель на прибоной панели приводит в действие клапан аварийного сброса давления. Когда этот переключатель включается, соленоидный клапан открывается, позволяя воздуху из кабины уйти в атмосферу.

Степень наддува и высота полета самолета ограничены несколькими критическими конструтивными факторами. Прежде всего констуктивной особенность фюзеляжа, определяющего максимальный перепад давлений.

Совместно с регулятором наддува используется несколько датчиков и приборов. Индикатор перепада давления кабины указывает на разницу между внутренним и внешним давлением. Необходимо следить за показаниями этого прибора, чтобы быть уверенным, что перепад давления не превышает максимально допустимого. Указатель барометрической высоты в кабине также является индикатором текущего состояния давления в кабине. Иногда эти два индикатора объединены в один. Третий инструмент указывает на скорость прдъема или снижения. Прибор скорости подъема и снижения и указатель высоты кабины приведены рисунке 6-42.

Разгерметизацией самолета называется неспособность системы наддува поддержать заданный перепад давления. Это может быть вызвано сбоем в системе наддува или нарушении герметичности самолета.

Разгерметизация или декомпрессия бывает двух типов по воздействию на человека:

  • Взрывная декомпрессия – изменение давления в кабине быстрее, чем изменение давления в легких, при этом возможно повреждение легких человека. Обычно, время, требуемое для выхода воздуха из легких без использования кислородной маски составляет 0.2 секунды. Большинство специалистов считают, что любое падение давления происходящее быстрее чем за 0.5 секунды, является потенциально опасным.
  • Быстрая декомпрессия – изменение давления в кабине происходящее медленее, чем выход воздуха из легких, при этом отсутствует вероятность повреждения легких.

Рисунок 6-42. Показатели давления в салоне.

Во время взрывной декомпрессии может появиться шум в ушах и на мгновение можно потерять сознание. Воздух салона становится туманным и наполнен пылью и взметнувшейся грязью. Туман возникает из-за резкого снижения температуры и изменения относительной влажности. Обычно заложенность ушей нормализуется автоматически. Воздух выходит из легких через рот и нос.

Быстрое падение давления в самолете снижает скорость реакции человека, потому что кислород быстро выдыхается из легких, снижая артериальное давление. Это уменьшает парциальное давление кислорода в крови и уменьшает скорость реакции пилота на 30-25%. Поэтому кислородную маску нужно одевать при полете на очень больших высотах (35,000 футов или выше). Рекомендуется, чтобы члены экипажа установили 100% кислорода на кислородном регуляторе на большой высоте, если самолет оборудован кислородной системой прерывной подачи.

Основная опасность разгерметизации – гипоксия. Быстрое и правльное применение кислородного оборудования необходимо, чтобы избежать потери сознания. Другая потенциальная опасность заключается в том, что во время разгерметизации семолета на большой высоте у пилота, экипажа и пассажиров может начать развиваться кесонная болезнь. Это происходит при падении давления вдыхаемого воздуха, когда азот, растворенный в крови выделяется в виде пузырьков, что может привести к разрушению тканей тела.

Если разгерметизация вызвана структурным повреждением самолета, то пилоты, члены экипажа или пассажиры находящиеся вблизи повреждёния подвергаются опасности быть выброшенным или унесенными из самолета. Люди, находящиеся около очага повреждения должны всегда одевать ремни безопасности или привязные ремни на своих местах, когда самолет находится под давлением. Кроме того, люди около очага повреждения подвергаются воздействию сильных порывов ветра и чрезвычайно холодным температурам.

Необходимо предпринять быстрое снижение для уменьшения пагубного влияния разгерметизации. Автоматические визуальные и звуковые сигнализации входят в состав любого оборудования наддува салона.

Aircraft are flown at high altitudes for two reasons. First, an aircraft flown at high altitude consumes less fuel for a given airspeed than it does for the same speed at a lower altitude because the aircraft is more efficient at a high altitude. Second, bad weather and turbulence may be avoided by flying in relatively smooth air above the storms. Many modern aircraft are being designed to operate at high altitudes, taking advantage of that environment. In order to fly at higher altitudes, the aircraft must be pressurized. It is important for pilots who fly these aircraft to be familiar with the basic operating principles.

In a typical pressurization system, the cabin, flight compartment, and baggage compartments are incorporated into a sealed unit capable of containing air under a pressure higher than outside atmospheric pressure. On aircraft powered by turbine engines, bleed air from the engine compressor section is used to pressurize the cabin. Superchargers may be used on older model turbine-powered aircraft to pump air into the sealed fuselage. Piston-powered aircraft may use air supplied from each engine turbocharger through a sonic venturi (flow limiter). Air is released from the fuselage by a device called an outflow valve. By regulating the air exit, the outflow valve allows for a constant inflow of air to the pressurized area. [Figure 6-40]

Figure 6-40. High performance airplane pressurization system.

A cabin pressurization system typically maintains a cabin pressure altitude of approximately 8,000 feet at the maximum designed cruising altitude of an aircraft. This prevents rapid changes of cabin altitude that may be uncomfortable or cause injury to passengers and crew. In addition, the pressurization system permits a reasonably fast exchange of air from the inside to the outside of the cabin. This is necessary to eliminate odors and to remove stale air. [Figure 6-41]

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.

During an explosive decompression, there may be noise, and one may feel dazed for a moment. The cabin air fills with fog, dust, or flying debris. Fog occurs due to the rapid drop in temperature and the change of relative humidity. Normally, the ears clear automatically. Air rushes from the mouth and nose due to the escape of air from the lungs, and may be noticed by some individuals.

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.


Система Orphus