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运20运载人员试飞究竟难在哪 伊尔76曾因此致死多人

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  图:运20

最近,运20成功进行了首次人员运载试验。对运20,这个方向的试飞最大问题在于考验货舱气密性,不过这一关键性能在特种兵进行万米高空跳伞时会丧失作用。

对于现代运输机来说,给货舱安装临时的轻质座椅远程运人,可以算是标配了。但是在二战时期、甚至二战后相当长阶段内,运输机要用货舱进行高空运人都不是每个型号都行的;比如国内的运8,直到上世纪90年代才在改进后具备这一功能。

  图:中学物理必修内容

最核心的问题,在于气压。1643年意大利科学家托里拆利发明气压表时就提出过,从生物学上看人能适应的气压范围很狭窄,低气压会对人造成不良影响。而对于飞行来说,高空失压又缺乏及时的应急措施进行保障的话,足以引发大量乘客缺氧死亡的灾难性结局。

  图:正常人直接暴露在高空低气压下,保持意识的时间

飞机的货舱要实现密封和增压,需要更大的重量、更多的设备、更高的造价(比如加工、装配精度的要求就要高很多)支持下才能做到。特别是和客机相比,运输机的货舱门保持气密的难度和代价要更高。因此早期大量的运输机,其货舱对于运人任务考虑的比较弱,都是没有气密设计的,气压直接与外界相同。

  图:这类跳伞实际飞行高度很低
  图:中国特种兵准备高空跳伞,注意氧气面罩。没氧气,特种兵暴露在一万米海拔也走不脱个死字。

这些非气密的运输机,并非完全不能运人——最典型的例子就是利用运输机进行伞兵投放,舱门打开的情况下气密根本无从谈起。实际上绝大多数跳伞都是在低空完成的,飞行高度很低;而高空跳伞虽然座舱不气密,但是跳伞者本人是必须佩戴氧气面罩的。

针对一般的货舱运载人员的任务,无气密设计的运输机,飞行高度的上限必须严格控制。在万米以上的高空,一个毫无防护的人一旦直接暴露在低气压下,只要超过3分钟,就足以导致急性心衰和不可逆的脑组织损伤以至于死亡。

  图:伊尔76

关于这类事故,有些涉及到高空供氧的论文著作提到过2003年的伊尔-76空中气密结构失效,引发多人死亡的例子。但是该事故的报道比较混乱,根据其中部分报道,事故发生高度仅有2200米,死亡不是由于缺氧,而是尾部舱门掉了以后,人员都被气流卷了出去。

按照现代客机标准,客机座舱的气密出现失效,导致失压的情况下,高度达到4267米(14000英尺)时就要释放乘客紧急供氧面罩了——顺便一提,工程技术里这类莫名其妙的非整数,有极高比例都是由于英制单位和公制单位换算引起的。

  图:客机高空失压以后自动释放出的氧气面罩

这种4000米左右的高度限制,对于运输机货舱运人时的航程等任务性能影响非常大。因为低空的大气压力高,空气密度大,会使得飞机的高速飞行阻力也大;运输机老在这个高度上飞,速度上不去又非常的费油,最后就是又飞不快、又飞不远。

除了货舱本身的气密增压以外,运20进行人员运载试验还必须要有安全的紧急供氧措施。保证意外事故或者战时损伤情况下,舱门等环节失去密封、甚至货舱直接被击穿以后,舱内人员依旧能获得一定时间的足够氧气支持,足够让飞行员驾驶飞机降低到至少4000米左右的安全高度。

  图:EPOS

当然在运输机上,它无法提供客机那样的固定紧急供氧装备。目前运20的具体设计没有公布,但从设计角度来说,肯定是类似于美军EPOS——Emergency Passenger Oxygen System,紧急乘客氧气系统那样的单人装备,在上机前演示使用方法,按相应人数配发。

这类装备能够提供一定数量的氧气,并且吸收人体呼吸的二氧化碳——即使氧气足够,高浓度的二氧化碳依旧足以使人体中毒并引发严重的损伤甚至死亡。它们起作用的时间根据不同产品,不同的飞行情况,大概在20-60分钟不等。

  图:运输机货舱乘客的紧急氧气装备

当然这种简易的供氧装备,自身能适应的高度范围仍然是有限的。一旦暴露在12000米高度下,即使是始终保证纯氧供给,人仍然会显著缺氧;15000米高度,即使是有纯氧,而没有采用加压呼吸手段的话,人体也会在20秒内因为爆发性缺氧而失去意识。

因为在15000米海拔的低压下,人的缺氧根本不是从外界吸不到氧气的问题,而已经是人体内的氧气会急剧的反向弥散,从血液通过肺泡向外界散失。强调加压呼吸的原因正在于此——另外这也是战斗机进行高机动飞行时,能让飞行员吸入更多氧气,延长飞机极限机动时间的关键措施。

不过对于运输机来说,这已经完全够用了。因为飞的太高以后,固然阻力还在继续减小;但是这个时候没有足够密度的空气,飞机的机翼也无法产生足够的升力、发动机也无法获得足够的推力。毕竟运20这类现代运输机性能设计的高度极限,一般也就在12000米左右。(作者署名:候知健)

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热门评论

用户5445740421 9
多发这样的好文章
北京海淀
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我是来自江湖的鱼 8
部队的人都没卵蛋吗,载人首飞非要设计团队上机首飞,是不是如果出事就先把设计师先摔死,没出事证明安全之后部队训练时再坐啊
北京海淀
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hbnjjl99 5
不吹可能死?
安徽淮北
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好的评论会让人崇拜
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