Конструкция и эксплуатация систем кондиционирования воздуха магистральных пассажирских самолетов
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
но допустимую ещё до сжатия воздуха (в 7...14 раз), необходимого для создания в кабине летательного аппарата требуемого давления. Следовательно, при полёте на этих высотах требуется защита человека от токсичного воздействия озона. Кроме того, под действием озона обесцвечиваются некоторые красители, а резиновые изделия разрушаются, рассыпаясь в порошок, при контакте в течение 2...4 ч с озоном с концентрацией 0,02...0,03 мг/л.
Экспериментально полученный график изменения температуры воздуха по высоте в атмосфере представлен на рис. 1. Следует отметить, что показанная на графике высокая температура воздуха на больших высотах (до 1000 К) отражает только высокую скорость движения микрочастиц воздуха на этих высотах (температура является мерой кинетической энергии атомов и молекул вещества) и не вызывает заметного нагрева поверхности летательных аппаратов из-за большой разрежённости газа. Более важными для авиации являются закономерности поведения температуры воздуха на малых и средних высотах.
Рис. 1. Зависимость температуры воздуха T от высоты h в земной атмосфере (штриховкой показаны границы предельных отклонений на высотах до 30 км) [2]
По характеру изменения температуры по высоте атмосферу делят на пять слоёв (рис. 1): тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Участки перехода от слоя к слою называют паузами: тропопауза, стратопауза, мезопауза, термопауза.
Для получения зависимости давления от высоты рассмотрим статическое равновесие воздуха в поле гравитационных сил. Выделим элементарный элемент - цилиндр, в пределах которого плотность воздуха и ускорение свободного падения можно считать неизменными, с осью, перпендикулярной к поверхности гравитационного потенциала (рис. 2). Условие равновесия этого элемента будет иметь вид
pdF-(p+dp)dF-?gdFdh = 0, (1)
где р - давление воздуха на высоте h; dp - изменение давления с изменением высоты на dh; dF - площадь основания элементарного цилиндра; ? - плотность воздуха на рассматриваемой высоте; g - ускорение свободного падения.
Рис. 2. Схема равновесия цилиндрического элемента, выделенного из столба воздуха [2]
Из уравнения (1.1) легко получается зависимость
dp = -?gdh, (2)
известная как дифференциальное уравнение гидростатики. Для интегрирования уравнения (1.2) и получения аналитической зависимости р от h необходимо знать характер изменения ? и g по высоте. В частности, для несжимаемой жидкости, например воды, когда g = const и ? = const, интегрирование даёт линейную зависимость давления от глубины погружения:
р = ро + ?gh,
где ро - давление на свободную поверхность жидкости; h - глубина погружения, отсчитываемая от свободной поверхности вниз.
Если известен характер изменения температуры по высоте, уравнение (2) может быть проинтегрировано. В частности, для тропосферы при
Th = Tо - ?h, (3)
где Th , То - значения абсолютной температуры на высоте h и нулевой высоте соответственно; ? - градиент изменения температуры по высоте, ? = 6,5 К/км, получаем
ph = po , (4)
где po - давление на нулевой высоте; g - ускорение свободного падения, g = 9,80665 м/с2; R - газовая постоянная для воздуха, R = 287,05287 Дж/(кгК).
Для начального участка стратосферы, на котором температура воздуха постоянна,
ph = po стexp , (5)
где hо ст - высота начала изотермического слоя стратосферы, м; ро ст - давление на высоте hо ст; Tо ст - значение абсолютной температуры.
В реальных условиях параметры атмосферы подвержены заметным отклонениям от своих средних значений (сезонным, суточным, метеорологическим и др.). В целях обеспечения сравнимости между собой результатов лётных испытаний авиационной техники, полученных в различных ситуациях, в нашей стране и за рубежом используется так называемая стандартная атмосфера, параметры которой рассчитываются по формулам типа (4), (5) [3]. В качестве констант в ней приняты (помимо уже упомянутых): То = 288 К (tо = 15 С); ро = 101 325 Па (760 мм рт. ст.); hо ст = 11 км; Tо ст = 216,5 К (tо ст = -56,5 С); ро ст = 22 690 Па (170 мм рт. ст.).
1.2 Влияние высотных полётов на организм человека
С ростом высоты, как было показано выше, атмосферное давление понижается. Это является причиной целого ряда неблагоприятных воздействий на человека, но в первую очередь ухудшается обеспечение организма кислородом. Кислород непрерывно участвует во всех жизненно важных процессах и доставляется ко всем органам, тканям и клеткам с помощью систем дыхания и кровообращения. Важно отметить, что в человеческом организме нет сколько-нибудь заметных запасов кислорода. Человек может обходиться без пищи более месяца, без воды - до двух недель, а без кислорода смерть наступает в течение нескольких минут.
При дыхании воздух через носоглотку, трахею и бронхи попадает в лёгочные альвеолы (диаметром около 0,2 мм), густо оплетённые капиллярными кровеносными сосудами. Через очень тонкие стенки сосудов (0,003...0,004 мм), представляющие собой полупроницаемые мембраны, происходят насыщение крови кислородом О2 и удаление углекислого газа СО2 в воздух. Общая поверхность альвеол достигает 90...120 м2. Кровь, насыщенная кислородом, доставляет его тканям организма и, обогатившись углекислым газом, вновь поступает в лёгкие.
Передача кислорода и углекислого газа по всему тракту систем дыхания и кровообращения подчиняется законам диффузии, т.е. происходит под действием разности парциальных давлений. Парциальное давление - это часть общег?/p>