Как подается воздух в самолете
Откуда в салоне самолета, летящего на высоте 10 000 метров, берется кислород
Представьте, что вы удобно расположились в кресле самолета и наслаждаетесь полетом, мечтая о приближающемся отпуске на морском берегу или о встрече с близкими. А для того, чтобы вам было удобно и комфортно, так же как и на земле, в авиалайнерах предусмотрены специальные системы, отвечающие за качество воздуха в салоне.
Пассажирские самолеты летают на высоте от 9 до 12 тысяч метров. Все зависит от модели, поскольку у каждой из них есть своя «идеальная» высота, на которой лайнер расходует минимальное количество топлива и испытывает небольшое сопротивление. После того, как самолет взлетел и набрал высоту, он оказывается в атмосферном воздухе, параметры которого сильно отличаются от таковых у поверхности. Того воздуха, который есть в салоне, хватает примерно на 15-20 минут полета, а дальше в нем падает содержание кислорода и им становится невозможно дышать. Но для того, чтобы добавить свежего воздуха в салон, не получится просто открыть для проветривания люк. Дело в том, что содержание кислорода на такой высоте уменьшается до 7-8%, в то время как внизу этот показатель равен 21%. А атмосферное давление за бортом (второй не менее важный показатель воздуха) снижается до 170-250 мм. рт. ст., вместо привычных для нас 740-760 мм. рт. ст.
Но с увеличением высоты даже при неизменном процентном соотношении компонентов воздуха парциальное давление кислорода падает, что приводит к общему снижению уровня кислорода в крови человека, да и любого другого живого существа. Поэтому недостаточно просто обогатить атмосферный воздух кислородом, необходимо привести в норму и давление.
Для обеспечения комфортных условий во всех авиалайнерах работает специальная система кондиционирования воздуха. Система забирает воздух, который находится за бортом и сжимает его с помощью компрессоров. Благодаря этому плотность кислорода в нем повышается до приемлемых значений. Одновременно с этим происходит выравнивание параметров температуры до комфортного уровня.
Что касается давления, то в салоне авиалайнера поддерживается более низкое давление, чем то, что соответствует уровню аэропорта. Как правило, это 600-650 мм. рт. ст., что соответствует высоте 1300-1800 метров над уровнем моря. Считается, что это нижняя граница комфортного для человека атмосферного давления воздуха.
Но у системы кондиционирования есть один существенный недостаток: воздух, попадающий в салон, слишком сухой. Разреженный в атмосфере, он содержит меньше влаги, а при доставке в салон осушается дополнительно. Делается это для того, чтобы в патрубках системы кондиционирования не намерзал лед, который может привести к ее закупорке. Поэтому некоторые пассажиры испытывают постоянную жажду во время полета, а также жалуются на сухость в глазах и горле.
Откуда берется воздух в салоне самолета?
Современные гражданские авиалайнеры летают на высоте от 9 до 12 км над Землей. В этих слоях атмосферы воздух за бортом абсолютно разряжен: давление в три раза ниже привычного для человеческого организма (150-200 мм рт. ст.), количество кислорода составляет 7-8% против привычных 21% в приземных слоях атмосферы. Почти нет на такой высоте и влаги, поскольку в атмосферу она поступает, испаряясь с поверхности земли, и концентрируется на высоте до 3 км. Однако в салоне пассажиры совершенно не ощущают дискомфорта, что вызывает уместный вопрос о том, откуда в самолёте берётся кислород на такой высоте.
Очевидно, что возить с собой баллоны с кислородом – роскошь непозволительная. Особенно если знать о том, сколько его потребуется для перелёта даже на небольшое расстояние. Вдыхая, взрослый человек поглощает 0,0005 кубометра воздуха, в минуту он производит в среднем 18 вдохов, т. е. потребляет около 0,009 кубометра. Если в салоне находится 300 пассажиров, то в минуту им понадобится не менее 3 кубометров воздуха. При умножении этой цифры на несколько часов полёта становится ясно, что возить достаточный запас кислорода с собой невозможно, не говоря уже о его взрывоопасности.
Как работает система кондиционирования?
Проблема обеспечения пассажиров кислородом во время полета решается частично за счёт рециклинга, частично за счёт подкачки свежего воздуха извне.
Итак, воздух из-за борта засасывается при помощи специального механизма и подаётся во внутренний контур двигателя. Вот откуда в первую очередь берётся кислород в самолёте, летящем на большой высоте. Там он подвергается сильному сжатию, в результате чего его температура значительно повышается. Далее воздух подаётся в компрессор двигателя, где делится на две порции: одна смешивается с топливом и обеспечивает процесс его сгорания, другая (пропущенная через очистительные фильтры) подаётся в салон.
Однако в двигателе воздух нагревается до 500 °С, поэтому перед подачей в салон его необходимо охладить. Этот процесс происходит сначала в радиаторе, а затем в специальном холодильнике. В результате воздух охлаждается до +2 °С. Получается два потока – очень горячий и очень холодный. Дальше в дело вступает пилот. Именно он контролирует подачу горячего и холодного потоков в салон, смешивая их в нужной пропорции и обеспечивая таким образом не только достаточное количество кислорода для пассажиров, но и оптимальную температуру.
В случае, если в одном из двигателей начинается пожар, пилот имеет возможность блокировать поступление воздуха из этого двигателя внутрь, тем самым не допуская попадания дыма. Если в результате аварии количество кислорода в салоне резко снижается, срабатывает механизм выбрасывания кислородных масок и включается генератор кислорода. Газ вырабатывается в результате химической реакции. Однако на весь салон его хватит только на 10 минут. За это время пилот должен снизить самолёт до такой высоты, где люди могли бы дышать без масок.
Пять популярных мифов о вреде воздуха в салоне самолета
Теперь ты знаешь, откуда берётся кислород в самолёте, летящем на большой высоте и о том, что воздух внутри свеж, почти стерилен и абсолютно безопасен для здоровья. Единственным его недостатком является повышенная сухость. За бортом влаги и так почти нет, а пока воздух пройдёт через все ступени кондиционирования, он высушится ещё больше. Вот почему у многих пассажиров во время полета начинают слезиться глаза и чесаться кожа.
Дышать без кислорода: откуда берется воздух в салоне самолета
МОСКВА, 19 ноя — РИА Новости, Ольга Коленцова. Средняя высота полета пассажирского самолета составляет 9-12 тысяч метров. Воздух в этой части атмосферы уже значительно разрежен, а его температура ниже минус 45 0 С. Тем не менее в салоне лайнера условия всегда относительно комфортные. Обусловлено это не только хорошей изоляцией, но и сложной системой, позволяющей преобразовывать воздух за бортом в пригодный для дыхания. И все же, если разобраться, созданные условия не совсем соответствуют привычной земной атмосфере.
В самом начале эры авиации воздушные суда делали полностью герметичными, но за счет сильной разницы давлений внутри и вне самолета металл растягивался, что приводило к разрушению конструкции. Поэтому на данный момент в салоне поддерживают более низкое давление, чем то, что соответствует уровню аэропорта.
Однако слишком малое сжатие воздуха в салоне может доставлять пассажирам сильный дискомфорт за счет уменьшения силы, с которой кислород давит на стенки сосудов. Высота 2500 метров соответствует верхней точке давления, когда кровь еще нормально насыщается кислородом, а человек не испытывает головной боли, одышки, тошноты и сильной усталости. Чаще всего при полете поддерживается давление, соответствующее высоте 1300-1800 метров, то есть 600-650 миллиметров ртутного столба.
При вдохе взрослый человек потребляет в среднем 0,0005 кубического метра воздуха. В минуту мы совершаем в среднем 18 дыхательных циклов, перерабатывая за это время 0,009 кубического метра воздуха. Кажется, что это немного. Но салон лайнера рассчитан в среднем на 600 пассажиров, следовательно, в минуту им всем требуется уже 5,4 кубического метра воздуха. Воздух постепенно «загрязняется», содержание кислорода в нем падает и через некоторое время дышать станет просто невозможно. Следовательно, для комфорта (а в целом для поддержания жизнедеятельности) пассажиров необходим приток свежего воздуха в салон.
Чем мы дышим в самолете: специалисты развенчали популярные мифы
Миф первый: В самолете совсем нет свежего воздуха
Как бы удивительно это ни звучало, но в салоне самолета, летящего на высоте 10 км, есть свежий воздух! Если быть совсем точными, то воздух в салоне представляет собой смесь свежего воздуха, поступающего извне, и рециркулируемого воздуха салона в пропорции примерно 50% на 50%. Свежий воздух поступает в салон через компрессор двигателя, где температура достигает порядка 200-250 градусов. Естественно, таким горячим воздухом дышать невозможно, поэтому его нужно охладить до комфортной температуры. Именно с этой задачей справляются турбохолодильники. Когда свежий воздух охладился, он отправляется в смеситель, где смешивается с рециркулируемым воздухом перед подачей в салон.
Миф второй: Мы дышим одним и тем же воздухом на протяжении всего полета. Разница лишь в том, что он постоянно прогоняется через систему кондиционирования
Это далеко от истины. Воздух в салоне самолетов полностью обновляется каждые 2-3 минуты. Именно так работает система кондиционирования, которая постоянно смешивает свежий воздух с рециркулируемым. Каждые две-три минуты часть использованного воздуха выводится из самолета, часть отправляется на повторную очистку и рециркуляцию в систему кондиционирования, после чего она опять смешивается со свежим воздухом и подается в салон. Для сравнения, в офисных помещениях замещение воздуха происходит каждые 20 минут. Так что пассажиры самолета, подчеркивают в Airbus, дышат гораздо более чистым и свежим воздухом, чем офисные сотрудники бизнес-центра.
На самом деле, воздух в самолете практически стерильный, ведь система кондиционирования самолета изначально была спроектирована таким образом, чтобы пассажиры дышали в полете исключительно чистым воздухом. Все современные самолеты оснащены высокоэффективными HEPA-фильтрами, которые удаляют до 99,97% всех частиц (даже размера микро- и нано-), включая бактерии и вирусы.
По своему действию и эффективности HEPA-фильтры эквиваленты защитным маскам высокого класса защиты (FFP2 и FFP3). Именно эти фильтры используются в больницах, в том числе и в операционных. HEPA-фильтры являются самыми эффективными фильтрами для очистки воздуха от патогенной среды на сегодняшний день. Так что можно не бояться: система фильтрации воздуха в самолете не дает шансов патогенной среде.
Интересный факт: компания Airbus проводила специальные исследования и замеры качества воздуха до полета и после него, используя испытательный самолет А340. Оказалось, что после полета воздух в салоне самолета был намного чище, чем до него.
Миф четвертый: Если пассажир сзади стоящего кресла чихает, то я обязательно заражусь, ведь все его микробы попадут на меня
Распределение воздуха в салоне в поперечном направлении считается более безопасным, чем в продольном, поскольку это препятствует распространению вредных частиц и вирусов между соседними рядами и создает дополнительный комфорт для пассажиров (позволяет избежать сквозняков). Эффективность такого распределения воздуха была доказана в ходе многочисленных испытаний, проводимых Airbus в специальной научной лаборатории в Гамбурге, где испытывают перспективные системы для пассажирских салонов.
Существуют определенные регламенты по замене HEPA-фильтров, что является неотъемлемой частью технического обслуживания самолета. Эти регламенты обязательны к выполнению, как и любые другие виды технических работ. Ведь безопасность в авиационной отрасли превыше всего как для авиапроизводителей, так и для авиакомпаний.
FrequentFlyers.ru
Ликбез
Зачем в самолете гоняют воздух по кругу, когда есть забортный
08/06/2020
Все знают, как движется самолет в воздухе, а вот как движется воздух в самолете? Зачем смешивают забортный воздух с салонным, какие именно частицы задерживаются хвалеными фильтрами, почему нельзя разделить пассажиров защитными экранами и почему увлажнитель есть всего на одном типе воздушных судов? Обо всем этом FrequentFlyers.ru рассказали в Airbus, так что вот вам информация прямо от авиаконструкторов:
Самолет — вовсе не герметичная капсула, где сто пятьдесят человек сидят в ограниченном пространстве и три часа дышат одним и тем же воздухом. Попробуйте даже в одиночку посидеть в маленькой комнате с закрытыми стеклопакетами или в машине с принудительно включенным режимом рециркуляции, который вообще предназначен для того, если придется пару минут протащиться за вонючим грузовиком: вам быстро станет душно и некомфортно.
“Душно” — это когда кислорода становится меньше, а углекислого газа больше. Единственный способ добавить кислорода — это забирать свежий забортный воздух снаружи, а салонный изнутри выводить. В машине так и происходит: впереди воздухозаборник, сзади (обычно под бампером) выходят каналы вывода воздуха. В старых автомобилях система работала просто в движении за счет набегающего воздушого потока, в современных же стоит вентилятор.
Но на высоте 10 километров воздух сильно разрежен, имеет температуру порядка минус 50 градусов и влажность менее 1%. Из-за этого в нем нет бактерий, вирусов, пыльцы, пыли и прочих неприятных вещей, которые есть в “околоземном” воздухе. Но напрямую подавать такой “стерильный” воздух в салон невозможно: слишком он разрежен и холоден. Поэтому его нужно, во-первых, сжать и подать в салон под давлением, во-вторых, нагреть. Отлично: у нас есть двигатели, а у двигателей есть компрессоры, которые как раз воздух и сжимают, и нагревают. Осталось забирать часть этого теплого воздуха от компрессора, и проблема решена!
Да, вот только температура в компрессоре доходит до 250 градусов: воздух-то мы сжали, но слишком сильно нагрели. Надо охладить до “комнатной” температуры. Для этого горячий воздух пропускается через турбохолодильник (он же турбодетандер): здесь он вращает турбину, его тепловая энергия преобразуется в механическую и он охлаждается.
Но этот воздух по-прежнему очень сухой и подавать его в салон нельзя. Поэтому он смешивается с воздухом, отбираемым из салона. Влага в нем образуется в первую очередь за счет выдоха пассажиров. Опять же: если посидеть в автомобиле с включенной рециркуляцией, стекла запотеют именно из-за влаги в выдыхаемом воздухе.
Забортный и салонный воздух смешиваются в соотношении 50/50, остальные 50% салонного воздуха выбрасываются наружу через клапан, который также поддерживает необходимое “давление в кабине”. При этом воздух из туалетов и кухонь выбрасывается наружу в полном объеме, а в рециркуляции не участвует. В целом же, поскольку рециркулируется только половина салонного воздуха, он полностью обновляется каждые 2-3 минуты. Многочисленные исследования на самолете-лаборатории Airbus A340 показывали, что по прилете воздух в салоне всегда чище, чем при вылете. Для сравнения, в офисных помещениях по санитарным нормам это обновление происходит каждые 20 минут, в больницах каждые 10 минут.
Самолет-лаборатория A340 Flightlab
Но зачем это смешивание? Почему бы не увлажнять весь подаваемый воздух, а весь салонный не выводить? Дело в том, что увлажнители в цельнометаллические самолеты ставить боятся из-за опасений того, что они приведут к коррозии. И единственный тип ВС, на котором увлажнитель присутствует — это Airbus A350, фюзеляж которого сделан из композитных материалов. Там влажность воздуха составляет 20% против обычных 15%.
Но и это еще не все. Рециркулируемый воздух из салона проходит через HEPA-фильтры. Для частиц более 0,3 микрон он работает просто как сито (например, пылинка имеет размер 10 микрон, волос 50-70 микрон). Для частиц менее 0,3 микрон он работает по принципу диффузии: поскольку частицы в потоке воздуха движутся, как правило, хаотично, то “зависают” на волокнах фильтра, как бы “прилипая” к ним. Самые сложные частицы — как раз 0,3 микрон, и именно по ним оценивается эффективность фильтров. То есть, когда вы видите заявленную эффективность в 99,9%, то оставшийся 0,1% — это и есть те 0,3-микронные частицы.
Для понимания: вирусы имеют размеры 0,07-0,12 микрон.
HEPA-фильтры меняются по регламенту, то есть, это такой же “расходник”, как и все остальные, определяющие летную годность конкретного борта. Интервалы замены определяются производителями фильтров, а также зависят от типа ВС, что находит свое отражение в графике периодического технического обслуживания самолетов. В среднем рекомендуется их менять примерно каждые 5000 часов налета. Это именно средний показатель, могут быть незначительные поправки как в сторону уменьшения, так и увеличения. Нет HEPA-фильтров лишь на очень старых самолетах, например, A300 и A310, но и туда их можно установить дополнительно.
А теперь самое интересное. Чистый воздух подается в поперечном направлении сверху вниз в пределах одного блока кресел. От головы к ногам, и все! Продольного перемещения воздуха в самолете нет, по этой же причине нет и сквозняков. Поэтому с точки зрения эпидемиологической безопасности самолет принципиально отличается от автобуса, кинотеатра или другого общественного места: если больной пассажир кашлянет, то вирусы и бактерии не разлетятся по салону, их сразу же унесет воздушным потоком вниз. Половина отправится за борт, где тут же замерзнет, и даже если гипотетически попадет в воздухозаборник летящего следом самолета, то сгорит. Вторая половина навсегда останется в фильтрах.
Так что больной опасен лишь для двоих своих соседей по блоку кресел: у них воздух общий. Предлагалось даже разделять кресла защитными экранами, но этого никто делать не будет, поскольку они сильно замедлят эвакуацию. Поэтому тут помогут только маски: носящий маску кашлянет в нее, а не на соседей.