飛行機のキャビンが安全に保たれる方法：気圧調整、酸素、バックアップシステムの説明

巡航高度では、航空機外の空気は呼吸できないほど薄く、保護装置なしでは生き残れないほどに寒冷です。キャビンはこれを密閉された胴体内に人工的で低い「キャビン高度」を作成することで解決します。エンジンから引き出される空気を使用し、弁のシステムによって制御され、何かトラブルが発生した場合のバックアップとして酸素マスクと厳密な規制があります。

キャビンの空気がどこから来るか

ほとんどのジェット機では、気圧調整された空気がエンジンのコンプレッサーステージから「ブリード」されます。これはフライトトレーニングリソースのBoldmethodによれば述べられています。このブリードエアはエンジンを離れる際に熱く—Wikipediaのキャビン気圧調整の項目によれば約200°C—その後熱交換器で冷却され、再循環されたキャビン空気と混合された後、ダクトを通じてキャビンに送り込まれます。

流入する空気は意図的に、それが退出するのが許可される速度より速く供給されます。キャビンは胴体の後部近くにある1つ以上の排気弁を通じて空になります。これらの弁は気圧を微調整するために開閉します。航空機が上昇するときは圧力をより多く保つために若干閉じ、下降するときはより多く開きます。これはBoldmethodによるところです。

キャビンが海面気圧に気圧調整されない理由

米国連邦航空局(FAA)の規則によれば、輸送機カテゴリーの航空機のキャビン気圧は海抜8,000フィート相当以下に保つ必要があります。これはeCFRデータベースを通じて要約されたFAA規制テキストによります。海面気圧まで気圧調整すると、内外の気圧差がはるかに大きくなることに耐えられるより重い胴体が必要になります—航空機メーカーが一般的に回避したトレードオフです。

ほとんどの古いワイドボディ機はキャビン高度が約7,000～8,000フィートで巡航します。Wikipediaのキャビン気圧調整の記事はボーイング767を約7,000フィート近くの例として挙げています。新しい複合材料航空機はより低い値です。ボーイングは自社のウェブサイトで、787ドリームライナーはキャビン高度を6,000フィートに保つと述べています。これは従来のアルミニウム製ジェット機より約2,000フィート低くなっています。これは複合材料の胴体が高い気圧差が金属構造にもたらす疲労と腐食のリスクに耐えるからです。ボーイングはまた787がキャビン湿度を上げると言っており、これは乗客が長距離飛行後に「より爽やか」に感じるのを助けることを目指しています。

気圧が失われた場合に何が起こるか

FAA規則14 CFR 121.333の下では、減圧事象後にキャビン気圧高度が10,000～14,000フィートの間にある場合、少なくとも乗客キャビン搭乗者の10パーセントが酸素を利用できる必要があります。8,000フィートを超える搭乗者のより小さい割合には追加の応急酸素が必要です。これは規制のテキストに従ったもので、コーネル法学部の法情報研究所を通じて述べられています。実際には、AOPAで引用される航空会社の訓練教材はキャビン高度がおおよそ13,000～14,000フィートに達すると自動的なマスク展開が起こることを説明しています。

飛行乗務員の場合、FAA規則14 CFR 121.333は10,000フィート以上で乗務員あたり2時間の酸素供給を要求します。これは最大運用高度から10,000フィートまでの10分間の下降と、その高度での110分間をカバーします。これはコーネル法学部の法情報研究所を通じた規制の要約によります。フライトレベル250以上では、複数搭乗員マスク—確保され、5秒以内に酸素を供給する必要があります—が利用可能でない限り、少なくとも1人のパイロットは酸素マスクを着用して操縦している必要があります。

速度が重要な理由：有用な意識時間

これらの規則の背景にある緊急性は、乗務員が反応するのにどれほどの時間があるかに関わります。航空安全の専門メディアAVwebは「有用な意識時間」の一般的に引用される表を公開しています—これは低酸素症が判断力を損なう前に人がまだ効果的に行動できるウィンドウです。18,000フィートではそのウィンドウはおおよそ20～30分です。25,000フィートでは約3～5分に低下します。30,000フィートではおおよそ1～2分です。40,000フィートでは約15～20秒に縮小します。AVwebの数字によります。急激で急速な減圧—遅いリークではなく—これらの時間をさらに短くします。AVwebは注釈を付けています。身体は同時に吸入酸素が低下する際に肺を通じて酸素を外側に失うからです。

それはまたパイロットが減圧事象の後、原因を診断する前に酸素を着用して緊急降下を開始するようにトレーニングされる理由でもあります。

組み込まれた冗長性

気圧調整システムはバックアップで設計されています。Wikipediaのキャビン気圧調整のエントリは、少なくとも2つのエンジンが典型的にブリード空気を供給するため、システムはエンジン故障に耐えることができ、ほとんどの最新ジェット機は複製された電子気圧制御装置と手動バックアップモードを実行していることに注記しています。排気弁自体もまた安全弁として機能し、キャビンと外部空気の間の気圧差が構造的限界を超えるのを防ぎます—一般的には航空機タイプに応じて7.8～9.4 psi範囲で引用されます。

歴史的な教訓がこれらの保護策を形作りました。同じWikipediaのエントリは1954年のデ・ハビランド・コメットの事故を指しており、これは気圧調整サイクルの繰り返しが金属疲労と胴体の破損を引き起こしたもので、改善された検査プロトコル、放射線検査方法、および設計変更—気圧調整されたジェット機に今や標準である楕円形キャビンウィンドウを含む—へつながるターニングポイントでした。

一目でわかる主要な数字