Предел Армстронга - Armstrong limit

Если кабина потеряла давление, когда самолет находился выше предела Армстронга, даже кислородная маска с положительным давлением не могла поддерживать сознание пилота.

В Предел Армстронга или же Линия Армстронга это мера высота выше которого атмосферное давление достаточно низкий, чтобы вода кипит на нормальная температура из тело человека. Воздействие давления ниже этого предела приводит к быстрой потере сознания с последующей серией изменений в сердечно-сосудистый и неврологический функции и в конечном итоге смерть, если давление не будет восстановлено в течение 60–90 секунд.[1] На Земле предел составляет около 18–19 км (11–12 миль; 59 000–62 000 футов) над уровнем моря. уровень моря,[1][2] выше которого атмосферное давление воздуха падает ниже 0,0618 банкомат (6.3 кПа, 47 мм рт. ст., или около 1 psi ). В Стандартная модель атмосферы США устанавливает давление Армстронга на высоте 63 000 футов (19 202 м).

Термин назван в честь ВВС США Общий Гарри Джордж Армстронг, который первым распознал это явление.[3]

Воздействие на жидкости организма

Атмосферное давление сравнение
Место расположенияДавление
Olympus Mons саммит72 Па (0.0104 psi ) (0.0007 банкомат )
Средний Марс610 Па (0,088 фунта на кв. Дюйм) (0,006 атм)
Hellas Planitia Нижний1,16 кПа (0,168 фунт / кв. Дюйм) (0,0114 атм)
Предел Армстронга6,25 кПа (0,906 фунтов на кв. Дюйм) (0,0617 атм)
гора Эверест саммит[4]33,7 кПа (4,89 фунта на кв. Дюйм) (0,3326 атм)
Уровень моря на Земле101,3 кПа (14,69 фунтов на кв. Дюйм) (1 атм)
Мертвое море уровень[5]106,7 кПа (15,48 фунтов на кв. Дюйм) (1,053 атм)
Поверхность Венера[6]9200 кПа (1330 фунтов на кв. Дюйм) (91,8 атм)

На уровне или выше предела Армстронга открытые биологические жидкости, такие как слюна, слезы, моча, а жидкости, смачивающие альвеолы в легких - но не сосудистый кровь (кровь в системе кровообращения) - выкипит без полного скафандр, и никакой воздухопроницаемости кислород доставленный любым способом, будет поддерживать жизнь более нескольких минут.[1] В НАСА технический отчет Экстренные случаи быстрой (взрывной) декомпрессии у людей в скафандрах, в котором обсуждается краткое случайное воздействие на человека близкого вакуум, отмечает: "Субъект позже сообщил, что ... его последним сознательным воспоминанием была слюна на его теле. язык начинает закипать ".[7]

При номинальной температуре тела 37 ° C (98,6 ° F) вода имеет давление газа 6,3 килопаскалей (47 мм рт. ст.); Другими словами, при атмосферном давлении 6,3 килопаскалей (47 мм рт. ст.) температура кипения воды составляет 37 ° C (98,6 ° F). Давление 6,3 кПа - предел Армстронга - составляет примерно 1/16 стандартного атмосферного давления на уровне моря, составляющего 101,3 кПа (760 мм рт. Ст.). Современные формулы для расчета стандартного давления на заданной высоте различаются - как и точные значения давления, которое фактически измеряется на заданной высоте в заданный день, - но общая формула[нужна цитата ] показывает, что 6,3 кПа обычно наблюдается на высоте 19 000 м (62 000 футов).

Артериальное давление - это измерять давление, что означает, что оно измеряется относительно давления окружающей среды. Чтобы рассчитать кровяное давление, его необходимо суммировать с давлением окружающей среды, чтобы вычислить, когда кровь закипит. Это похоже на спущенную автомобильную шину: даже при нулевом манометрическом давлении спущенная шина на высоте предела Армстронга все равно будет иметь абсолютное давление (давление относительно идеального вакуума) в 63 гектопаскаля (0,91 фунт / кв. Дюйм), то есть будет иметь атмосферное давление на высоте, где возникает уровень давления 6,3 кПа (около 19 км (62 000 футов)) как внутри, так и снаружи. Если накачать шину до ненулевого манометрического давления, это внутреннее давление будет Кроме того до этих 6,3 кПа (0,91 фунт / кв. дюйм) атмосферного давления. Это означает, что для человека с диастолический низкое кровяное давление, обычно 8,0 кПа (60 мм рт. ст.), кровяное давление человека будет 14,3 кПа (107 мм рт. ст.), сумма артериального давления и давления окружающей среды. Это давление более чем в два раза превышает давление окружающей среды на пределе Армстронга. Этого дополнительного давления более чем достаточно, чтобы кровь не закипела на расстоянии 18 км (60 000 футов), пока сердце все еще бьется.[1][7]

Гипоксия ниже предела Армстронга

Марио Пецци, пилот в 1937 году в скафандре, чтобы избежать гипоксии.

Значительно ниже предела Армстронга людям обычно требуется дополнительный кислород, чтобы избежать гипоксия. Для большинства людей это обычно необходимо на высоте более 4500 м (15000 футов). Коммерческие авиалайнеры должны поддерживать герметичность кабины на высота кабины не более 2400 м (8000 футов). Правила США по авиация общего назначения Для самолетов (не являющихся авиаперевозчиками и негосударственными рейсами) требуется, чтобы минимально необходимый летный экипаж, но не пассажиры, получали дополнительный кислород, если самолет проводит более получаса в кабине на высоте более 3800 м (12 500 футов). Минимально необходимый летный экипаж должен получать дополнительный кислород, если самолет тратит любой время полета на высоте 4300 м (14000 футов) над уровнем моря, и даже пассажиры должны получать дополнительный кислород на высоте выше 4500 м (15000 футов).[8] Парашютисты, которые находятся на высоте лишь ненадолго перед прыжком, обычно не превышают 4500 м (15000 футов).[9]

Историческое значение

Предел Армстронга описывает высоту, связанную с объективным, точно определенным природным явлением: давлением пара воды, соответствующей температуре тела. В конце 1940-х годов он представлял собой новый фундаментальный жесткий предел высоты, который выходил за рамки несколько субъективных наблюдений за физиологией человека и зависящими от времени эффектами гипоксии, испытываемыми на более низких высотах. Давно скафандры носили на высоте значительно ниже предела Армстронга, чтобы избежать гипоксии. В 1936 году Фрэнсис Суэйн из королевские воздушные силы достигла 15230 м (49970 футов), пролетев Бристоль Тип 138 в скафандре.[10] Два года спустя итальянский военный Марио Пецци установить рекорд высоты 17083 м (56 047 футов), одетый в скафандр в его Caproni Ca.161bis биплан, даже несмотря на то, что он находился значительно ниже высоты, на которой вода кипит при температуре тела.

Гидравлический костюм обычно требуется на высоте около 15 000 м (49 000 футов), чтобы хорошо подготовленный и опытный пилот мог безопасно управлять самолетом в негерметичных кабинах.[11] В кабине без давления на высоте более 11900 м (39000 футов) над уровнем моря физиологическая реакция, даже при вдыхании чистого кислорода, гипоксия - недостаточный уровень кислорода, вызывающий спутанность сознания и возможную потерю сознания. Воздуха содержит 20,95% кислорода. На высоте 11900 м (39000 футов), дыша чистым кислородом через незапечатанную лицевую маску, человек дышит так же. частичное давление кислорода, как в обычном воздухе на высоте около 3600 м (11 800 футов) над уровнем моря. На больших высотах кислород должен доставляться через герметичную маску с повышенным давлением, чтобы поддерживать физиологически адекватное парциальное давление кислорода. Если пользователь не носит скафандр или одежду с противодавлением, которая ограничивает движения его груди, воздух под высоким давлением может вызвать повреждение легких.

Для современных военных самолетов, таких как Соединенные Штаты F ‑ 22 и F ‑ 35, оба из которых имеют рабочую высоту 18 000 м (59 000 футов) или более, пилот носит "одежду противодавления", которая является g ‑ костюм с высотными возможностями. В случае потери давления в кабине кислородная система переключается в режим положительного давления для подачи кислорода с давлением выше окружающего к специальной герметизирующей маске, а также для пропорционального надувания одежды с противодавлением. Одежда противодействует расширению грудной клетки пилота наружу, чтобы предотвратить повреждение легких. баротравма пока пилот не опустится на безопасную высоту.[12]

Смотрите также

Сравнение графика Международная стандартная атмосфера температура и давление с пределом Армстронга и приблизительными высотами различных объектов

Примечания


Рекомендации

  1. ^ а б c d Джеффри А. Лэндис. «Воздействие вакуума на человека». Архивировано из оригинал на 2009-07-21. Получено 2016-02-05.
  2. ^ «Глоссарий NASAexplores». Архивировано из оригинал на 2007-09-27.
  3. ^ "НАХФ - Гарри Армстронг". 18 ноября 2007 г. Архивировано с оригинал на 2007-11-18.
  4. ^ Запад, Джон Б. (1999). «Барометрическое давление на Эвересте: новые данные и физиологическое значение». Журнал прикладной физиологии. 86 (3): 1062–1066. Дои:10.1152 / jappl.1999.86.3.1062. PMID  10066724.
  5. ^ «Край Мертвого моря как курорт». Мертвое море, ИЗРАИЛЬ: Центр кистозного фиброза, ООО. Получено 15 мая 2012.
  6. ^ Базилевский, Александр Т .; Голова, Джеймс У. (2003). «Поверхность Венеры». Rep. Prog. Phys. 66 (10): 1699–1734. Bibcode:2003RPPh ... 66.1699B. Дои:10.1088 / 0034-4885 / 66/10 / R04.
  7. ^ а б "Спросите астрофизика: человеческое тело в вакууме". Архивировано из оригинал 2014-10-14.
  8. ^ «Свод федеральных правил». Раздел 14, Глава I, подраздел F, часть 91 - Общие правила эксплуатации и полетов, подраздел C - Требования к оборудованию, приборам и сертификатам, Документ № 18334, 54 FR 34304 § 91.211 Дополнительный кислород из 18 августа 1989 г.. Получено 6 февраля, 2016.
  9. ^ «Информационное руководство парашютиста». Парашютная ассоциация США. 30 марта 2014 г. Архивировано с оригинал на 2014-03-30.
  10. ^ «Рекорд высоты». Sydney Morning Herald. 1 октября 1936 г.. Получено 29 сентября 2020.
  11. ^ «Краткая история герметичного костюма». Исследовательский центр Драйдена. 25 марта, 2016. Архивировано с оригинал на 2016-03-25.
  12. ^ Свитмен, Билл (18–25 июля 2011 г.). «Скрытая опасность: инциденты с гипоксией, беспокоящие Hornets, могут быть связаны с авариями F-22». Авиационная неделя и космические технологии. п. 35.

внешняя ссылка