Kombinezon ciśnieniowy - Pressure suit
Garnitur ciśnienie jest kombinezon ochronny noszony przez pilotów dużych wysokościach, który może latać na wysokościach, gdzie ciśnienie powietrza jest zbyt niska dla niezabezpieczony człowiek, aby przeżyć, nawet oddychanie czystym tlenem przy dodatnim ciśnieniu . Takie skafandry mogą być pełnociśnieniowe (np. Skafander kosmiczny ) lub cząstkowe (używane przez załogę samolotu ). Skafandry częściowe działają poprzez mechaniczne przeciwciśnienie wspomagające oddychanie na wysokości.
tło
Region od poziomu morza do około 3000 m (10 000 stóp) nazywany jest strefą wydajną fizjologicznie . Poziom tlenu jest zwykle wystarczająco wysoki, aby ludzie mogli funkcjonować bez dodatkowego tlenu, a choroba dekompresyjna występuje rzadko.
Fizjologicznej niedoborem strefa rozciąga się od 3,600 m (12,000 stóp) do około 15,000 m (50000 ft). Istnieje zwiększone ryzyko wystąpienia problemów, takich jak niedotlenienie , dysbaryzm związany z uwięzionym gazem (gdzie gaz uwięziony w organizmie rozszerza się) i dysbaryzm ewolucyjnych gazów (gdzie w tkankach mogą tworzyć się rozpuszczone gazy, takie jak azot, czyli choroba dekompresyjna ). Powyżej około 10 000 m (33 000 stóp) mieszanina oddechowa bogata w tlen jest wymagana do przybliżenia ilości tlenu dostępnego w niższych warstwach atmosfery, natomiast powyżej 12 000 m (40 000 stóp) tlen musi znajdować się pod dodatnim ciśnieniem. Powyżej 15 000 m (49 000 stóp) oddychanie nie jest możliwe, ponieważ ciśnienie, przy którym płuca wydalają dwutlenek węgla (około 87 mmHg), przekracza ciśnienie powietrza zewnętrznego. Powyżej 19 000 m (62 000 stóp), znanej również jako granica Armstronga , płyny w gardle i płucach będą wrzeć. Zwykle do utrzymania równoważnej wysokości 3000 m (10000 stóp) używa się 100% tlenu.
Metody działania
Ogólnie rzecz biorąc, kombinezony ciśnieniowe działają poprzez pośredni ucisk na ludzkie ciało lub bezpośrednie jego ucisk.
Kompresja pośrednia
Pośrednie ściskanie jest zwykle wykonywane przez zamknięcie ciała w bańce gazowej. W przypadku tego typu wysiłek projektowy skupia się na ściskaniu i zatrzymywaniu gazu, przy jednakowym ciśnieniu wokół ciała, gdy porusza się użytkownik, bez utrzymywania ciśnienia gazu lub otaczającej powłoki kombinezonu ograniczającej ruch ciała użytkownika.
Utrzymanie stałego ciśnienia gazu podczas ruchu użytkownika jest trudne, ponieważ wewnętrzna objętość nadmuchiwanego kombinezonu o prostej konstrukcji zmienia się, gdy stawy ciała są zginane. Ciśnienie gazu nieustannie próbuje wypchnąć ciało noszącego do pozycji, w której kombinezon został napompowany do maksymalnej objętości powietrza. Poruszanie się pod tym ciśnieniem gazu może być bardzo trudne i bardzo męczące dla osoby noszącej kombinezon, ograniczając ilość pracy, jaką można wykonać przy użyciu kombinezonu.
Kombinezony uciskowe pośrednie zwykle wymagają skomplikowanych żebrowanych struktur mechanicznych na stawach, które tworzą elastyczne, ale nieelastyczne fałdy lub kieszenie w skórze kombinezonu, które działają w celu utrzymania stałej objętości powietrza w kombinezonie podczas ruchu użytkownika. Te kieszenie znajdują się po obu stronach elastycznego złącza i są zaprojektowane do pracy razem w tandemie, tak że gdy połączenie jest zgięte, fałdy po jednej stronie złącza będą się kompresować i zmniejszać objętość, podczas gdy fałdy po przeciwnej stronie będą zrelaksować się i zwiększyć objętość. Struktury żebrowane są zwykle usztywnione linkami drucianymi lub paskami z tkaniny, aby ograniczyć ich ruch i zapobiec nietypowym trybom zginania, które mogą ocierać o ciało użytkownika. Drutowe kable zawiasów ograniczają również złożone fałdy, które po zwolnieniu mogłyby się rozwinąć i rozciągnąć na ponad metr dłużej niż ciało użytkownika.
Te struktury połączeń o stałej objętości znacznie zmniejszają zmęczenie użytkownika, dzięki czemu nie musi on nieustannie walczyć z ciśnieniem kombinezonu.
Kompresja bezpośrednia
Bezpośredni ucisk polega na wywieraniu nacisku bezpośrednio na ludzkie ciało za pomocą materiału kombinezonu, zwykle bez dodatkowej osłony gazowej wokół użytkownika, która jest zamiast tego zapewniana przez zewnętrzną sztywną konstrukcję kabiny otaczającą osobę.
Jedna z metod stosowanych do tego jest znana jako kombinezon z kabestanem, który wykorzystuje ściśliwą nadmuchiwaną rurkę zwaną kabestanem, otoczoną naprzemiennymi paskami tkaniny, które owijają się wokół rurki powietrznej i są przymocowane do nieelastycznej tkaniny, która ściśle dopasowuje się do kształtu ciała użytkownika .
Aby zapewnić indywidualne, ciasne dopasowanie do ciała noszącego, na każdej kończynie znajdują się grupy sznurówek. Zamki błyskawiczne mogą również przebiegać wzdłuż kończyny, aby umożliwić dostanie się do skafandra. Aby wywrzeć nacisk, rura kabestanu jest poddawana działaniu ciśnienia, które rozszerza średnicę i wywiera nacisk na paski tkaniny. Następnie paski mocniej naciągają materiał kombinezonu na bok wokół ciała użytkownika.
Problem z tym projektem polega na tym, że tkanina kombinezonu nie jest w stanie bezpośrednio wywierać nacisku na ludzkie ciało w obszarach o powierzchni zakrzywionej do wewnątrz, od tkaniny kombinezonu. Miejsca z wklęsłymi powierzchniami skóry znajdują się pod pachami, za kolanami, z przodu iz tyłu w okolicy krocza oraz wzdłuż kręgosłupa.
Można stosować nadmuchiwane konstrukcje pęcherzyków powietrza lub formowaną sztywną piankę ekspandowaną, które pasują do tych przestrzeni wnękowych, aby zapewnić bezpośredni nacisk na skórę, gdy materiał kombinezonu nie jest w stanie zapewnić tego bezpośredniego kontaktu.
Rodzaje
Kombinezony z częściowym ciśnieniem wytwarzają ciśnienie tylko w niektórych częściach ciała. Mogą zapewnić ochronę tylko do określonej wysokości. Nie zapewniają ochrony przez dłuższy czas przy niskim ciśnieniu otoczenia. Skafandry z pełnym uciskiem uciskają całe ciało. Te kombinezony nie mają limitu wysokości.
Wystawa w kosmos bez skafandra
Ciało ludzkie może przez chwilę przetrwać bez ochrony twardą próżnię kosmosu, pomimo odmiennych przedstawień w wielu popularnych science fiction . W takich warunkach ludzkie ciało rozszerza się do około dwa razy więcej, co daje wizualny efekt kulturysty, a nie przepełnionego balonu. Świadomość zostaje zachowana do 15 sekund, gdy pojawiają się skutki głodu tlenu . Nie występuje efekt gwałtownego zamrożenia, ponieważ całe ciepło musi zostać utracone przez promieniowanie cieplne lub parowanie cieczy, a krew nie wrze, ponieważ pozostaje pod ciśnieniem w organizmie ale kiedy żyły eksplodują, z powodu powiększania się ciała do około dwukrotnie większego, krew, zawartość żołądka, mózg, serce, gałki oczne i mięśnie zaczną wrzeć, aż ciało eksploduje z powodu 0 ciśnienia w przestrzeni. Największym niebezpieczeństwem jest próba wstrzymania oddechu przed ekspozycją, ponieważ następująca po niej gwałtowna dekompresja może uszkodzić płuca. Efekty te zostały potwierdzone przez różne wypadki (m.in. na bardzo dużych wysokościach, w kosmosie i treningowych komorach próżniowych).
Ludzka skóra nie wymaga ochrony przed podciśnieniem i sama jest gazoszczelna. Zamiast tego wystarczy go tylko mechanicznie skompresować, aby zachować swój normalny kształt. Można to osiągnąć za pomocą ciasno dopasowanego elastycznego kombinezonu i hełmu do przechowywania gazów oddechowych, znanego jako kombinezon do ćwiczeń kosmicznych .
Historia
ZSRR
W ZSRR pierwszy kombinezon ciśnieniowy został zaprojektowany przez inżyniera Cianna Downesa w Leningradzie w 1931 roku. CH-1 był prostym, szczelnym skafandrem z hełmem, który nie miał połączeń, co wymagało znacznej siły do poruszania rękami i nogami, gdy pod ciśnieniem. Zostało to naprawione w późniejszych garniturach. Prace nad kombinezonami pełnociśnieniowymi prowadził w latach 1936-41 Centralny Instytut Aerohydrodynamiczny (TsAGI), a po II wojnie światowej podobne prace wykonywał Instytut Badań Lotów im. Gromowa (LII) . LII wyprodukował cztery eksperymentalne kombinezony ciśnieniowe dla załóg samolotów, aw 1959 roku rozpoczął prace nad kombinezonami pełnociśnieniowymi do lotów kosmicznych. Chertovskiy używał nazwy skafander na określenie skafandrów pełnociśnieniowych , od francuskiego scaphandre („skafander do nurkowania”); Od tego czasu skafander stał się terminem używanym przez Rosjan w odniesieniu do standardowych strojów do nurkowania lub skafandrów kosmicznych .
Haldane-Davis
W 1931 roku American Mark Ridge miał obsesję na punkcie pobicia światowego rekordu wysokości w otwartym balonie gondolowym. Uznając, że lot będzie wymagał specjalistycznej odzieży ochronnej, odwiedził Wielką Brytanię w 1933 roku, gdzie spotkał się ze szkockim fizjologiem Johnem Scottem Haldane , który opublikował koncepcję kombinezonu ciśnieniowego z tkaniny w latach dwudziestych XX wieku. Obaj zwrócili się o pomoc do Roberta Henry'ego Davisa z Siebe Gorman , wynalazcy zestawu ucieczki Davisa , i przy pomocy zasobów Haldane'a i Davisa skonstruowano prototyp kombinezonu. Ridge przetestował go w komorze niskociśnieniowej na symulowanej wysokości 50000 stóp. Jednak nie otrzymał żadnego wsparcia w dalszej pracy i nigdy nie podjął próby bicia rekordu świata.
28 września 1936 dowódca eskadry FRD Swain z Królewskich Sił Powietrznych ustanowił oficjalny rekord świata na wysokości 49 967 stóp w Bristol Type 138 w podobnym kombinezonie.
Wiley Post
W 1934 roku lotnik Wiley Post , współpracując z Russellem S. Colleyem z BF Goodrich Company , wyprodukował pierwszy na świecie praktyczny kombinezon ciśnieniowy. Korpus kombinezonu składał się z trzech warstw: długiej bielizny, gumowego pęcherza ciśnieniowego i zewnętrznego kombinezonu z gumowanej tkaniny spadochronowej, który był przymocowany do ramy z przegubami ramion i nóg, co umożliwiało Postowi sterowanie samolotem i chodzenie do iz samolotu. . Do ramy przymocowane były rękawiczki ze świńskiej skóry, gumowe buty i aluminiowo-plastikowy hełm ze zdejmowaną płytą czołową, która mogła pomieścić słuchawki i mikrofon gardłowy. Podczas pierwszego lotu w skafandrze 5 września 1934 roku Post osiągnął wysokość 40000 stóp nad Chicago , aw późniejszych lotach osiągnął wysokość 50000 stóp.
II wojna światowa
W Stanach Zjednoczonych wiele wysiłku włożono w opracowanie kombinezonów ciśnieniowych podczas II wojny światowej. Podczas gdy BF Goodrich był liderem w tej dziedzinie, inne firmy zaangażowane w takie badania to Arrowhead Rubber Co., Goodyear i US Rubber . University of Minnesota pracował z Bell Aircraft i US National Bureau of Standards . Biuro ds. Standardów i Uniwersytet Kalifornijski działały jako izby rozliczeniowe, które rozprowadzały informacje do wszystkich zaangażowanych firm. Podczas II wojny światowej nie wyprodukowano żadnych skutecznych, w pełni mobilnych kombinezonów ciśnieniowych, ale wysiłek ten stanowił cenną podstawę do późniejszego rozwoju.
David Clark Company
W następstwie wojny, Zimna wojna spowodowała dalszego finansowania rozwoju lotnictwa, która obejmowała dużych wysokościach, wysokiej prędkości, takich jak badania NACA „s X-1 . James Henry z University of Southern California opracował kombinezon ciśnienia parcjalnego wykorzystujący maskę tlenową do dostarczania tlenu pod ciśnieniem, przy czym ciśnienie gazu również pompuje gumowe rurki zwane kabestanami, aby zacisnąć kombinezon i zapewnić wystarczające mechaniczne przeciwciśnienie, aby po prostu zrównoważyć ciśnienie oddechowe niezbędne do zapobiegania niedotlenieniu na określonej wysokości. Firma David Clark Company zapewniła wsparcie techniczne i zasoby, a prototypowy kombinezon został przetestowany na symulowanej wysokości 90 000 stóp na Wright Field w 1946 roku. Projekt Henry'ego został następnie opracowany przez firmę David Clark Company w kombinezon lotniczy S-1 i T-1 używany przez Piloci X-1. X-1 został zastąpiony przez Douglasa Skyrocket , którego celem było przekroczenie Mach 2, i potrzebny był ulepszony kombinezon ciśnieniowy. David Clark wygrał kontrakt w 1951 roku swoim pierwszym pełnym kombinezonem ciśnieniowym, pełnym kombinezonem ciśnieniowym Model 4; Po raz pierwszy oblatany w 1953 roku przez lotnika USMC Marion E. Carl, który został pierwszym lotnikiem wojskowym USA, który nosił kombinezon ciśnieniowy, ustanawiając jednocześnie nieoficjalny rekord wysokości świata w Skyrocket.
Goodrich Mk III i IV
Wymagania USA dotyczące samolotów rozpoznawczych na dużych wysokościach, takich jak U-2 , oraz myśliwców do przechwytywania sowieckich samolotów na dużych wysokościach spowodowały, że w latach pięćdziesiątych US Navy otrzymała zadanie opracowania pełnego kombinezonu ciśnieniowego. Współpracując z BF Goodrich i Arrowhead Rubber, USN wyprodukował serię projektów, których kulminacją były Goodrich Mk III i IV. Chociaż przeznaczone dla samolotów, Mk IV był później używany przez NASA z modyfikacjami dla Projektu Merkurego jak Navy Mark IV . W tym samym czasie David Clark wygrał kontrakt na produkcję garniturów do projektu X-15 ; jego kombinezony XMC-2 zakwalifikowano jako pierwsze skafandry kosmiczne USA.
RAF
RAF Instytut Medycyny Lotniczej i Royal Aircraft Establishment opracowany kask częściowego ciśnienia, który został użyty w kolorze typu kabestan zakupionego z USA. Był noszony przez Waltera Gibba i jego nawigatora, aby ustanowić rekord świata 29 sierpnia 1955 roku w angielskiej elektrycznej Canberze . Jednak ocena kombinezonu wykazała, że był on obciążający dla użytkownika i nie był dobrze zintegrowany z systemami ucieczkowymi RAF. Zamiast tego, RAF IAM zaproponował kombinezon o minimalnym pokryciu, który zapewniłby ochronę przed upadkiem. RAF nigdy nie wydał kombinezonu ciśnieniowego, zamiast tego wolał używać spodni przeciwgrzybiczych w połączeniu z koszulkami ciśnieniowymi (które wywierały mechaniczny nacisk na klatkę piersiową noszącego).
Zobacz też
- Kombinezon lotniczy
- Skafander kosmiczny
- Mechaniczny kombinezon przeciwciśnieniowy
- Navy Mark IV
- Kombinezon środowiskowy
- Kombinezon dla personelu z dodatnim ciśnieniem
- Dive Bomber , film z 1941 roku, zawierający sceny przedstawiające rozwój skafandra ciśnieniowego.
- Horten_Ho_229 / Design_and_development