1.3.3 Влияние параметров атмосферы и движения летательного аппарата на жизнедеятельность экипажа.

На жизнедеятельность и работоспособность экипажа ЛА в полете оказывают воздействие:

• пониженное атмосферное давление;

• уменьшение парциального давления кислорода с высотой;

• изменение температуры и влажности воздуха;

• ионизация воздуха атмосферы;

• перегрузки, вибрация, шум.

Влияние пониженного атмосферного давления.

Необходимое количество кислорода в крови растворяется лишь при определенном барометрическом давлении. Уменьшение барометрического давления ниже определенной физиологической нормы вызывает кислородное голодание (гипоксию). При этом уже с высоты 2,5 км организм человека начинает ощущать недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе. Длительное кислородное голодание приводит к потере сознания и смерти. Это явление начинает проявлять себя с высоты Н=3-4 км.

Помимо указанного, пониженное барометрическое давление является причиной появления расстройств функций дыхания и сердечно-сосудистой системы организма человека.

Если барометрическое давление станет меньше 230 мм рт.ст., то возможно выделение из жидкостей организма пузырьков (эмбол) свободного газа, состоящего из азота (75-80%), кислорода (15-18%) и углекислого газа (2-10%). Эти пузырьки раздражают нервные окончания клеток, вызывая в тканях и суставах зуд и боль. Чем меньше окружающее давление, тем больше будет выделяться эмбол. Данное явление называется аэроэмболизмом.

При барометрическом давлении порядка 90 мм рт.ст. прекращаются дыхательные функции (см.рис.1.). При барометрическом давлении менее 47 мм рт.ст., что соответствует высоте полета 19000м наблюдается закипание подкожной жидкости (явление эмфиземы). При этом человек мгновенно погибает.

Влияние скорости изменения давления в воздухе.

Резкое изменение давления воздуха приводит к возникновению у человека декомпрессионной болезни, сопровождаемой болевыми ощущениями и баротравмами в замкнутых полостях организма.

Влияние недостатка кислорода на организм человека

Процентное содержание кислорода в атмосферном воздухе на всех высотах считается почти неизменным. Однако влияние ки­слорода на процесс дыхания на разных высотах различно, так как насыщение крови человека кислородом, как показано выше, зави­сит от его парциального давления в альвеолах легких.

Атмосферное давление с увеличением высоты падает, вместе с ним уменьшается и парциальное давление кислорода.

На графике приведены:

-изменение парциального давления кислорода с высотой в

атмосфере;

- кривая измене­ния парциального давления кислорода в альвеолах легких, по­лученная на основании физиологических исследований.

Рис. 7. Изменение парциального давления кислорода с высотой в

атмосфере и альвеолах легких

При уменьшении парциального давления кислорода процесс диффузии его в кровь через тонкие стенки альвеол затормажи­вается, насыщение крови кислородом происходит в недостаточной степени и наступает кислородное голодание.

Явление гипоксии или кислородного голодания в организме человека проявляется самым различным образом.

Минимальным значением парциального давления кислорода в альвеолах легких, при котором кровь еще насыщается кислородом на 80÷85%, является давление в 47÷50 мм рт. ст. Из рис. 7 видно, что этому давлению соответствует высота 4,5 км; она яв­ляется физиологическим пределом высоты для полетов в открытой кабине самолета.

На высотах, больших 4,5 км, в организме человека происходят функциональные расстройства, связанные с кислородным голода­нием. Наиболее чувствительна к недостатку кислорода центральная нервная система.

Кислородное голодание в человеческом организме проявляется различно: появляется головная боль, сонливость, уменьшается бы­строта реакции; ухудшаются слух и зрение; нарушается пищеварение и ухудшается обмен веществ; возникает тоскливое настрое­ние, а иногда, наоборот, беспричинная веселость. Длительное ки­слородное голодание приводит к обмороку и в конечном итоге к смерти человека. Опасность усугубляется тем, что испытывающий кислородное голодание человек не чувствует его и чаще всего не осознает того тяжелого состояния, в котором он находится, до самого момента потери сознания. Поэтому высота в 4000−5000 м принята в авиации как граница, выше которой, безусловно, надо пользоваться кислородным прибором, невзирая на отсутствие не­приятных субъективных ощущений.

При добавлении к вдыхаемому воздуху чистого кислорода вос­станавливается нормальная жизнедеятельность организма и рабо­тоспособность человека повышается.

Питание кислородом на высоте обеспечивается специальным кислородным оборудованием, установленным на самолетах. Обыч­но кислород добавляют во вдыхаемый воздух с таким расчетом, чтобы парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе составляло 100 мм рт. ст. При этом для насыщения крови кисло­родом создаются условия, аналогичные тем, какие существуют на уровне моря, т.е. обеспечивается насыщение крови кислородом по­чти на 100%.

На всех высотах менее 8000−9000 м, где атмосферное давле­ние не падает ниже 200 мм рт. ст., можно для дыхания пользо­ваться не чистым кислородом, а смесью кислорода с воздухом. Объясняется это тем, что атмосферное давление на этих высотах обеспечивает достаточное парциальное давление кислорода в аль­веолярном воздухе. При полетах на высотах более 9000 м рекомен­дуется дышать чистым кислородом.

Высота 12 000 м является границей полетов с кислородным обо­рудованием в самолете с негерметизированной (открытой) каби­ной. На больших высотах дыхание даже чистым кислородом не мо­жет создать необходимого парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, которое могло бы обеспечить переход ки­слорода из альвеолярного воздуха в кровь и, следовательно, защи­тить организм человека от кислородного голодания.

Поэтому принято максимальной высотностью кислородного при­бора с герметичной маской считать высоту 12 000÷13 000 м. На этой высоте значение парциального давления кислорода в альвео­лах легких достигает минимально допустимой величины. При ис­пользовании кислородного прибора с открытой (негерметичной) маской минимальное значение парциального давления кислорода соответствует меньшей высоте, порядка 10 000÷10 500 м, так как во время вдоха в маску попадает атмосферный воздух и процентное содержание кислорода во вдыхаемой смеси снижается. Таким об­разом, максимальная высота применения кислородных приборов с герметичной маской примерно на 2 км более максимальной вы­соты, на которой применяются приборы с открытой (негерметич­ной) маской.

На высотах более 12 км поддержание Ро₂ на уровне 98 мм рт.ст. возможно лишь при создании избыточного давления в легких летчика. Однако без принятия специальных мер, дыхание кислородом под избыточным давлением затруднено и болезненно.

Избыточное давление кислорода предотвращает кислородное голодание в слу­чае негерметичности маски или шланга и уменьшает сопротивле­ние вдоху. При использовании компенсатора натяга в комплекте с кислородной маской избыточное давление обеспечивает герметич­ное прилегание маски к лицу, что является жизненно важным ус­ловием в высотном полете в случае разгерметизации кабины.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что для поддержки парциального давления в пределах 150-98 мм.рт.ст. необходимо на ЛА применять системы кислородного питания.

Изменение температуры и влажности воздуха.

Изменение температуры и влажности воздуха приводит к снижению работоспособности и неприятным ощущениям, переходящим в стойкие нарушения нормальной жизнедеятельности человеческого организма: нарушение теплового баланса, сухость в носоглотке и слизистой оболочке глаз, кожа становится восприимчивой к инфекциям. Нормальной считается температура 21°С, а нормальной влажностью - 40-60%.

Для поддержания нормальной температуры применяются системы регулирования температуры воздуха в кабинах и вентилирующие костюмы.

Влияние ионизированного воздуха. Чистота воздуха может быть охарактеризована его электропроводностью. Чем чище воздух, тем значительней его электропроводность, тем больше содержится в нем атмосферных ионов (аэроионов) того или иного знака. Установлено, что аэроионы действуют на организм человека в основном через органы дыхания. Благоприятное влияние на организм оказывают, как правило, аэроионы отрицательного знака, которые улучшают окислительно-восстановительные процессы в живом организме. Уровень аэроионизации (АИ) существующих кабин ЛА значительно отличается от нормального уровня АИ в естественных условиях. На уровни АИ влияют: состояние атмосферной ионизации, светящиеся массы авиационных приборов, вентиляция кабин. Объективные физиологические исследования летчиков позволили установить характерные изменения в состоянии организма, выражающиеся в повышенной утомляемости при продолжительных полетах, когда уровень АИ превышает норму.

Влияние перегрузок, вибрации, шума.

Воздействие поверхностных сил на тело Рп сопровождается деформацией и относительным смещением частиц тела. Поэтому человеческий организм может перенести действие поверхностных сил ограниченной величины. Примером поверхностных сил являются сила тяги двигателя, аэродинамическая сила, действующая на ЛА в полете, сила реакции Земли О. Отношение поверхностных сил Fп, действующих на рассматриваемое тело, к силе реакции Земли G, с которой Земля действует на рассматриваемое неподвижное тело на широте 45°, называется перегрузкой:

Общее состояние человека при действии перегрузок характеризуется появлением чувства тяжести во всем теле, болевыми ощущениями, нарушением координации движений, расстройством зрения.

Продольные перегрузки в направлении "голова-ноги" и поперечные перегрузки "грудь-спина" считаются положительными, а в противоположном направлении - отрицательными. Наиболее сильное биологическое воздействие оказывают отрицательные продольные перегрузки. Лучше всего организм переносит боковые и поперечные перегрузки обоих знаков.

При положительных продольных перегрузках происходит отлив крови от головы и сердца к ногам, при отрицательных перегрузках кровь приливает к голове. Продолжительные продольные перегрузки действуют при выводе в пикирование. Пределы переносимости перегрузок сильно зависят от тренированности организма, длительности и направления перегрузки.

Для защиты от перегрузок применяют противоперегрузочные устройства, включающие в себя противоперегрузочные костюмы (ППК) и автоматы давлений (АД).

Влияние вибрации и шума: При воздействии вибрации могут возникать сосудистые и нервные расстройства, может снизиться умственная и физическая работоспособность, уменьшается острота зрения, т.е. возможность различать показания приборов при нормальном освещении приборных досок.

Длительное же пребывание человека в условиях шума может привести к возникновению болевых ощущений в ушах, общему раздражению и утомлению. При длительных и повторных воздействиях шума на человека у него может наступить временная или постоянная потеря слуха.

В табл. 1 указаны основные параметры, влияющие на жизнедея­тельность человека в высотном полете, и их допустимые значения.

Таблица 1

Наименование параметра	Средний физиологический допустимый уровень
Параметры атмосферы
Давление PH, мм рт. ст. (высота, км)	230 (9)
Парциальное давление кислорода, мм рт. ст. (высота, км)	98 (3)
Температура, °С	18 (оптимальное значение)
Влажность, %	40…60 (оптимальное значение)
Параметры движения ЛА
Положительная перегрузка	6
Отрицательная перегрузка	4
Скорость изменения давления в кабине ЛА при подъеме или спуске, мм рт. ст./с	5…10

На современных ЛА с помощью гермокабин создаются условия нормальной жизнедеятельности человека в полете по таким парамет­рам, как P_H, t_H, β_H и скорости изменения давления в кабине.

Необходимо отметить, что по прочности современные ЛА могут выдерживать большие перегрузки, чем человек. Кроме того, скорость изменения давления в кабине маневренных ЛА может достигать при спуске и подъеме до 30 мм рт. ст./с в то время, как для человека допус­тимой величиной является скорость 5... 10 мм рт. ст./с.

В связи с этим маневренные характеристики ЛА без специальных средств часто ограничиваются предельно допустимыми значениями этих параметров для человека.