Как самолеты обеспечивают безопасность в салоне: герметизация, кислород и резервные системы объяснены

На крейсерской высоте воздух снаружи авиалайнера слишком разреженный для дыхания и слишком холодный для выживания без защиты. Салоны решают эту проблему, создавая внутри герметичного фюзеляжа искусственную, более низкую «высоту в салоне», используя воздух, поступающий от двигателей и контролируемый системой клапанов, с кислородными масками и строгими нормами в качестве резервной системы на случай непредвиденных ситуаций.

Откуда берется воздух в салоне

На большинстве реактивных самолётов сжатый воздух «отводится» со ступени компрессора двигателей, согласно учебным материалам Boldmethod. Этот отводимый воздух выходит из двигателя горячим — примерно 200°C, согласно статье Wikipedia о герметизации салона — затем охлаждается через теплообменники и смешивается с рециркулируемым воздухом салона перед подачей в салон через воздуховоды.

Поступающий воздух подаётся намеренно быстрее, чем ему разрешено выходить. Салон выпускает воздух через один или несколько клапанов выпуска, расположенные близ хвостовой части фюзеляжа, которые открываются и закрываются для точной регулировки давления: они немного закрываются при подъёме самолёта, чтобы удержать больше давления внутри, и больше открываются при спуске, согласно Boldmethod.

Почему салоны не герметизируются до уровня давления на уровне моря

Согласно нормам Администрации федеральной авиации США (FAA), давление в салоне самолётов транспортной категории должно оставаться на уровне или ниже эквивалента 8000 футов высоты, согласно нормативным текстам FAA, обобщённым через базу данных eCFR. Герметизация вплоть до уровня моря потребовала бы гораздо более прочного фюзеляжа, способного выдержать значительно большую разность давления между внутренним и внешним воздухом — компромисс, который производители самолётов в целом избежали.

Большинство старых широкофюзеляжных самолётов летают с высотой салона примерно 7000–8000 футов, согласно статье Wikipedia о герметизации салона, которая приводит Boeing 767 в качестве примера на высоте около 7000 футов. Новые композитные самолёты летают ниже: Boeing заявляет на своём веб-сайте, что 787 Dreamliner поддерживает высоту салона на уровне 6000 футов — примерно на 2000 футов ниже, чем обычные самолёты из алюминия — потому что его композитный фюзеляж устойчив к усталостному повреждению и коррозии, которые представляют риск при более высоких перепадах давления на металлические конструкции. Boeing также указывает, что 787 повышает влажность в салоне, стремясь помочь пассажирам чувствовать себя «более свежими» после длительных полётов.

Что происходит при потере давления

Нормы FAA согласно 14 CFR 121.333 требуют наличия кислорода по крайней мере для 10 процентов пассажиров при высоте салона от 10000 до 14000 футов после события разгерметизации, с дополнительным кислородом первой помощи, требуемым для меньшей доли пассажиров выше 8000 футов, согласно тексту нормы через Юридический справочный институт Корнелла. На практике учебные материалы авиакомпаний, цитируемые AOPA, описывают автоматическое развёртывание маски при достижении высоты в салоне примерно 13000–14000 футов.

Для лётного экипажа норма FAA 14 CFR 121.333 требует двухчасового запаса кислорода на каждого члена экипажа выше 10000 футов, что охватывает 10-минутный спуск с максимальной высоты полёта до 10000 футов, за которым следует 110 минут на этой высоте, согласно обзору нормы через Юридический справочный институт Корнелла. Выше эшелона 250 по крайней мере один пилот должен надевать и использовать кислородную маску у управления, если только не доступны маски быстрого надевания — требуемые быть закреплёнными и подавать кислород в течение пяти секунд.

Почему скорость имеет значение: время полезного сознания

Срочность этих норм объясняется тем, как мало времени у экипажей есть для реакции. Авиационный сайт безопасности AVweb публикует широко цитируемую таблицу «времени полезного сознания» — окна, в течение которого человек может ещё действовать эффективно перед тем, как гипоксия нарушит суждение. На высоте 18000 футов это окно примерно 20–30 минут; на 25000 футов оно сокращается до примерно 3–5 минут; на 30000 футов это примерно 1–2 минуты; и на 40000 футов оно сокращается до примерно 15–20 секунд, согласно цифрам AVweb. Внезапная, быстрая разгерметизация — вместо медленной утечки — сокращает эти времена ещё больше, отмечает AVweb, потому что организм теряет кислород наружу через лёгкие в то же время, когда вдыхаемый кислород снижается.

Именно поэтому пилотам предписано надевать кислородную маску и начинать экстренный спуск немедленно после любого события разгерметизации, а не диагностировать причину первыми.

Встроенное резервирование

Системы герметизации разработаны с резервными системами. Статья Wikipedia о герметизации салона отмечает, что по крайней мере два двигателя обычно поставляют отводимый воздух, так что система переносит отказ одного двигателя, и что большинство современных самолётов используют дублированные электронные контроллеры давления с режимом ручного управления. Сам клапан выпуска также служит клапаном предохранительного сброса давления, предотвращая разность давления между салоном и внешним воздухом от превышения структурных пределов — обычно указываемых в диапазоне 7,8–9,4 psi в зависимости от типа самолёта.

Исторические уроки сформировали эти защиты. Та же статья Wikipedia указывает на несчастные случаи de Havilland Comet 1954 года, при которых повторные циклы герметизации вызвали усталостное повреждение металла и отказ фюзеляжа, как на поворотный момент, который привёл к улучшенным протоколам проверки, методам рентгеновского тестирования и изменениям в конструкции — включая овальные окна салона, которые теперь являются стандартом на герметизированных самолётах.

Ключевые цифры с первого взгляда