logo


«Рожденный ползать – летать не может». Люди все же летают, и в основном на самолетах, летают много, но… На земле им как-то уютнее. И разработчики самолетов бьются над тем, чтобы хотя бы климатические условия в салоне соответствовали привычным земным.

 

Наддутая кабина.

С температурой разобрались давно, малица и унты не нужны даже при полете на десятикилометровой высоте с температурами под -40 град. цельсия. С давлением все еще есть вопросы.
Ну, конечно, на той же десятикилометровой высоте пассажирам не нужны и кислородные маски – салоны все-таки герметичные. Однако правильнее было бы взять слово «герметичные» в кавычки. «герметичный», по словарю – «не пропускающий жидкостей и газов; непроницаемый». Реторты алхимиков, которые придумали это слово, были и вправду непроницаемыми, а попросту запаянными. Самолет – не то, к нему больше подходит английский термин pressurized – то есть «наддутый». Высокое давление в салоне самолета на большой высоте обеспечивается не столько герметичностью салона, сколько постоянным накачиванием вовнутрь сжатого воздуха от двигателей. Казалось бы, что закупоривай салон наглухо, что наддувай его, результат один: давление внутри на высоте будет больше, чем снаружи, в последнем случае разность давлений будет зависеть от объемов вдуваемого и стравливаемого воздуха. И то и другое можно без особого труда довести до таких объемов, что в кабине на любой высоте будет удерживаться давление, соответствующее «нормальной атмосфере» с ее 760 мм ртутного столба. Но на практике давление в салонах пассажирских самолетов на большой высоте эквивалентна не приземному слою, а высотам в 8000 футов (2450 м). Это, как ни крути, ближе к высокогорным значениям, соответствующее вершинам, например, Карпат, и, по идее, людям, непривычным к горам, такое понижение давления должно показаться некомфортным. Тогда почему 8000 футов?

Есть несколько аспектов, и все они в конечном итоге утыкаются в экономику. Первое, что очевидно – чем большую разность давлений снаружи и внутри надо достичь, тем большее количество воздуха предстоит задувать в салон, а поскольку наддув осуществляется за счет отбора мощности двигателей, расходуя дополнительное топливо. Но на самом деле это кажется ерундой по сравнению с другой проблемой – усталостным разрушением планера.

Тут все просто: чем больше давление внутри, тем больше нагрузка на элементы планера, точнее фюзеляжа. Чем больше нагрузки, тем быстрее возникают и развиваются усталостные разрушения, тем быстрее самолет потребует ремонта, тем короче будет его жизнь. Естественно, авиакомпании заинтересованы в том, чтобы их самолеты жили как можно дольше: даже если они предполагают по достижении определенного возраста от них избавиться, продать менее изношенный самолет легче и денег за него можно получить больше.
Поэтому авиакомпании и разработчики пришли к соглашению и придерживаются международных правил, что минимальным рабочим давлением внутри салона будет соответствующее земному на 8000 футах: и самолет прослужит дольше, и пассажиры уж слишком сильно страдать не будут: 2450 метров – это все же не Джомолунгма (8848 м), и если не заниматься усиленными физическими упражнениями (зачем это в тесном салоне?), то ничье здоровье не пострадает. Тем более что предельных «высот» в салоне самолет достигает только при дальних перелетах на максимальной высоте в 40000 футов (13000 м), а в обычных перелетах давление в салоне не опускается ниже значений, соответствующих 7000 футов (2150 м).

Однако 2450 метров – норма разве для кавказского чабана, а для обычного «низинного» человека они все равно кажутся довольно солидной высотой, и поэтому снижение высоты в салоне стало хорошим аргументов в конкурентной борьбе ведущих авиапроизводителей. Например, Airbus волевым решением понизил высотность давления в кабинах своих A330, A340 с 8000 до 7500 футов (2300 м), а на А380 до 5000 футов (1500 м), при полетах на высоте 43000 футов (до 13000 м) – уже не пустячок, а преимущество! Особую заботу авиастроители уделяют VIP-путешественникам, так во время полета на Bombardier Global Express давление в кабине соответствует 4500 футам (не более 1400 м) при полете на высоте 41000 футов (12000 м).

Насчет усталостного разрушения тоже ничего плохого: основные нагрузки фюзеляж испытывает на взлете и посадке, т.е. на наборе высоты и снижении, максимальная турбулентность тоже обычно на средних и малых высотах, а эти типы – дальние, усталостные нагрузки, их фюзеляжи испытывают меньше, чем ближнемагистральные машины, и небольшое увеличение разницы давлений внутри и снаружи на больших высотах особого вреда самолету не нанесет. Опять же, у пассажиров есть больше возможностей почувствовать всю разницу в «старом» и «новом» давлении во время дальних перелетов, проходящих как раз на больших высотах. А на A320 Airbus высотность не изменили…

Boeing вписывать новые цифры в спецификации старых самолетов не стал, зато, разрабатывая свой 787, поставил цель снизить высотность салона до 6000 футов (1830 м) – почти на полкилометра по сравнению с «Эрбасами». Цель была в целом легко достижима: углеволоконные композиты, из которых сделан «Дримлайнер» практически не подвержены усталостному разрушению, и, следовательно, самолет можно без опаски надувать сильнее – не развалится.

Естественно, Airbus, создавая свой ответ заокеанскому пластиковому самолету, A350, также заявил максимальную высоту салона в 6000 футов, а потенциальные клиенты обоих компаний уже вписывали в свои проспекты для пассажиров сии знаменательные цифры, дабы убедить их в наивысшей комфортности новых самолетов. А на самом деле…

Ну, каково пассажирам «Дримлайнеров» в плане давления в салоне, пока никто не спрашивал, A350 вообще пока в небо не поднимался, так что там и спрашивать некого. Но еще в 2009 году британская Building Research Estabilishment (BRE) провела серию опытов Ideal Cabin Environment (ICE) по имитации 8-часовых полетов, варьируя при этом давление, температуру, уровень шума и интенсивность вентиляции. В результате был сделан вывод, что снижение высотности в кабине с 8000 до 6000 футов практически не влияет на комфорт пассажиров, если им заранее не говорят, какое давление в салоне. Пониженное давление в кабине никак не сказывается и на здоровье пассажиров – не увеличивается риск венозного тромбоза, респираторных нарушений, воспалений и усталости.
Но BRE проводила свои опыты при непосредственном участии Airbus, так что в их результатах можно и засомневаться. Однако не меньше сомнений и в результате похожих испытаний, проведенных в университете Оклахомы, которые выявили некоторый рост риска появления симптомов головокружения и мышечных болей на высотах более 6000 футов. Как несложно догадаться, эти исследования шли под эгидой «Боинга»…

Airbus, несмотря на отрицательные результаты «своих» опытов (кстати говоря, проведенных уже после того, как было принято решение снизить высотность салона A350), все же решил оставить заявленные 6000 футов – зачем давать конкурентам даже чисто номинальное преимущество? Ведь как ни крути, большинство пассажиров считают, что чем ниже, тем лучше.

Но вот на чем все исследования по давлению в салоне сходятся, так это на том, что сам ход изменения давления оказывает непосредственное и заметное влияние на пассажиров. Да и исследований особых для этого не надо: все знают, как закладывает уши при резком изменении высоты (и, соответственно, давления). Поэтому Airbus для A350 разработал особый алгоритм наддува салона, который делает процесс изменения давления более плавным и растянутым во времени. Правда. Liebherr Aerospace, которая занимается разработкой системы в металле, признает, что дело это очень нелегкое.

Во-первых, надо создать программу, которая бы на основе показаний датчиков давления снаружи самолета вырабатывала график комфортного изменения давления в салоне и корректировала бы его в зависимости от изменения режима полета. А во-вторых нужно создать компоненты системы вентиляции с меньшим временем реакции, которые успевали бы выполнять команды этой программы. И вроде бы ничего нереального в разрабатываемой системе нет, и можно ожидать, что закладывание ушей на взлете и прочие неприятные симптомы такого рода станут достоянием прошлого.

Водяной балласт.

Самым любопытным в результатах экспериментов ICE стало то, что «пассажиры» никак не отреагировали на изменение уровня влажности в салоне! А ведь в опытах участвовали около 1400 человек, причем и стар и млад, и здоровые и не очень, а испытатели заставляли дышать их воздухом с влажностью 10%, 25%, 40% и даже с плавающим уровнем содержания влаги в воздухе.

Всю важность открытия можно оценить по тому, что ведущие производители самолетов и, разумеется, систем увлажнения воздуха в один голос заявляют, что уровень влажности воздуха является одним из важнейших условий комфортности салона самолета. И Airbus, и Boeing предлагают в качестве опционов для своих A350 и B787 системы для активного увлажнения воздуха в кабине и в местах отдыха экипажа, а тот факт, что почти все покупатели «Дримлайнеров» выбрали эту опцию, свидетельствует о том, что и авиакомпании заинтересованы в увлажнении воздуха – по крайней мере для своих экипажей.

С пассажирскими салонами ситуация иная: системы увлажнения воздуха для пассажиров можно найти только на VIP-самолетах, а на всех остальных самолетах источниками влаги в воздухе являются только дыхание и потение пассажиров да испарение от горячей еды и напитков. Результат: уровень влажности в эконом-классе составляет где-то 10-15% и соответствует… самой натуральной пустыне! В бизнес-классе ситуация может быть еще хуже, ведь там меньше пассажиров, следовательно, меньше испарение и в результате влажность падает до 5%. На земле такая влажность явление нечастое, и для пассажира такие условия однозначно отличаются от тех, к каким он привык, если только это не арабский шейх, проводящий все свое свободное время в путешествиях по пустыне – и исключительно на верблюде, а не на джипе с кондиционером.

В целом по индустрии пассажиры вроде бы сходятся в том, что воздух в салоне самолета стоило бы сделать повлажнее. Поскольку на больших высотах влажность воздуха составляет иной раз всего 1%, и, как мы помним, этим сухим воздухом непрерывно замещается увлажненный стараниями пассажиров, самолет, получается, испытывает самую натуральную усушку. Выход вроде бы очевиден: надо попросту распылять в поступающий в кабину воздух воду, и проблема будет решена!

А на самом деле не все так просто. Воздух на высоте имеет так мало влаги потому, что она из-за низких температур из него вымораживается, образуя облака ледяных кристаллов. Но низким температурам (до -25 град. С) подвержена и обшивка самолета! На ее внутренней поверхности на высоте начинает также формироваться изморозь, становясь главной причиной обезвоживания воздуха.
Если же пытаться компенсировать снижение влажности воздуха в салоне за счет простого добавления в него водяного пара, это будет стимулировать образование все больших и больших залежей изморози под обшивкой самолета. Пока самолет не начнет снижение, все будет замечательно, а вот потом – не очень. Изморозь начнет таять и превращаться в воду, влажность воздуха резко начнет расти, возникнет туман, вода будет собираться в капли и мало того, что промочит все нутро самолета, но и доберется до салона, устроив в нем натуральный дождь. Это в краткосрочной перспективе, а в дальнейшем на пропитанных водой поверхностях самолета начнут расти разнообразные микроорганизмы, материалы начнут гнить, изоляция отслаиваться и пр., вплоть до коррозии планера. К тому же мокрый самолет, как несложно догадаться, тяжелее чем сухой, времени на его просушку на земле не будет, и придется таскать постепенно пополняющиеся запасы «водяного балласта». Безо всяких увлажнителей в узкофюзеляжном самолете во время длительного полета конденсируется порой до 200 литров влаги – ее и так возить накладно, а если часть ее после каждого полета будет оставаться на борту…

В результате увлажнителей воздуха на авиалайнерах нет, зато помаленьку начинают ставить осушители для уменьшения конденсации (см. Aviaglobus). В основном их устанавливают как ретрофит, но уже на «Дримлайнере» пара осушителей входит в стандартный комплект поставки по причине композитности планера – вода, да при частых фазовых переходах, для композитов гораздо опаснее, чем для того же алюминия.

Проблему же влажности воздуха призвана решать усовершенствованная система вентиляции, за счет лучшего распределения потоков обеспечивающая более длительную циркуляцию влажного воздуха в салоне и поддерживающую, несмотря на осушители, по всей его длине влажность в пределах 10-15 процентов.

На A350 в качестве опциона предлагаются активные увлажнители воздуха для первого и бизнес-класса. Они способны повысить влажность воздуха для путешествующих там состоятельных людей до 20-25%, кое-что достанется за счет циркуляции воздуха и остальным: в эконом-классе влажность увеличится на 3-4%. Но в случае установки увлажнителя надо будет ставить и осушители для уменьшения конденсации!

В этом-то и состоит главная проблема. Чтобы пассажирам легче дышалось, на борт самолета надо добавить увлажнители, осушители и запас воды для увлажнителя. Воду, полученную в осушителе, в увлажнитель пускать нельзя: перед рециркуляцией ее надо долго очищать сложными и дорогими фильтрами (проще слить), но и перевозка потребного запаса воды вылетает авиакомпании в копеечку Для увлажнения воздуха в первом и бизнес-классе широкофюзеляжного самолета во время десятичасового полета надо брать на борт дополнительно 50-100 литров воды, плюс вес самого оборудования. Добавим сюда и необходимость выкроить для этого оборудования и его проводки место на самолете, в том числе и за потолочными панелями – и идея покажется уже далеко не такой привлекательной, тем более что десятки лет пассажиры летали с пониженной влажностью и каких-то ужасных последствий от этого не было.

Тем не менее конкурентная борьба может вынудить авиакомпании на установку увлажнителей-осушителей, и они могут в конце-концов стать обычной принадлежностью каждого авиалайнера. Исключением станут (если станут!) только сверхзвуковые машины: за счет трения о воздух их фюзеляжи даже на больших высотах разогреваются до весьма высоких температур, исключающих образование конденсата. Например, обшивка «Конкорда» разогревалась до 90 градусов, и никакого конденсата на его борту никогда не наблюдалось. Но со сверхзвуковыми машинами есть множество других проблем…

Комментировать

*

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.

captcha *