Tlakový oblek - Pressure suit

Informace o potápěčských oblecích, které chrání před příliš vysokým tlakem, viz Atmosférický potápěčský oblek. Pozitivní přetlak používaný v biologickém obalu viz Personální přetlak.
A U-2 pilotní oblek

A tlakový oblek je ochranný oblek nosí piloti ve vysokých nadmořských výškách, kteří mohou létat v nadmořských výškách, kde tlak vzduchu je příliš nízká na to, aby nechráněná osoba přežila, dokonce i při dýchání čistého kyslíku přetlak. Takové obleky mohou být buď pod plným tlakem (tj skafandr ) nebo parciální tlak (používaný v posádka letadla ). Obleky s částečným tlakem fungují tak, že poskytují mechanický protitlak, který pomáhá dýchat ve výšce.

Pozadí

Oblast od hladiny moře do přibližně 3 000 m (10 000 stop) je známá jako fyziologicky efektivní zóna. Úrovně kyslíku jsou obvykle dostatečně vysoké, aby lidé mohli fungovat i bez nich doplňkový kyslík a dekompresní nemoc je vzácný.

The fyziologicky nedostatečné zóna se rozprostírá od 3 600 m (12 000 stop) do přibližně 15 000 m (50 000 stop). Existuje zvýšené riziko problémů, jako jsou hypoxie zachycený plyn dysbarismus (kde plyn zachycený v těle expanduje) a dysbarismus s uvolněnými plyny (kde se mohou ve tkáních tvořit rozpuštěné plyny, jako je dusík, tj. dekompresní nemoc ).[1] Nad přibližně 10 000 m (33 000 ft) bohatý na kyslík dýchací směs je zapotřebí k přiblížení kyslíku dostupného v nižší atmosféře, zatímco nad 12 000 m (40 000 ft) musí být kyslík pod přetlakem. Nad 15 000 m (49 000 ft) není dýchání možné, protože tlak, při kterém plíce vylučují oxid uhličitý (přibližně 87 mmHg), převyšuje tlak vnějšího vzduchu. Nad 19 000 m (62 000 ft), také známé jako Armstrongův limit, tekutiny v krku a plicích se budou vařit. Obecně se 100% kyslík používá k udržení ekvivalentní výšky 3 000 m (10 000 stop).

Způsoby provozu

Obecně platí, že tlakové obleky fungují buď nepřímým stlačováním lidského těla, nebo jeho přímým stlačováním.

Nepřímá komprese

Nepřímý kompresní tlakový oblek bez vnějšího balistického potahu, ukazující mnoho složitých záhybů tkanin, vnitřních opěrných kroužků záhybů a flexibilních naskládaných kabelových závěsných sestav pružných spojů s konstantním objemem.

Nepřímá komprese se obvykle provádí uzavřením těla v plynové obálce. U tohoto typu se konstrukční úsilí zaměřuje na stlačování a zadržování plynu při stejném tlaku kolem těla při pohybu nositele a bez tlaku plynu nebo obklopující obálky obleku omezující pohyb těla nositele.

Udržování konstantního tlaku plynu při pohybu nositele je obtížné, protože vnitřní objem jednoduché nafukovací kombinézy se změní, když se ohnou klouby těla. Tlak plynu se neustále snaží tlačit tělo nositele do polohy, kde byl oblek nafouknutý na maximální objem vzduchu. Pohyb proti tomuto tlaku plynu může být velmi obtížný a pro uživatele obleku velmi vyčerpávající, což omezuje množství práce, kterou lze pomocí obleku provádět.

Nepřímé kompresní obleky obecně vyžadují složité žebrované mechanické struktury v kloubech, které vytvářejí pružné, ale nepružné záhyby nebo kapsy na pokožce obleku, které působí tak, že při pohybu nositele udržují konstantní objem vzduchu v obleku. Tyto kapsy existují na obou stranách pružného kloubu a jsou navrženy tak, aby spolupracovaly v tandemu, takže když se kloub ohne, záhyby na jedné straně kloubu se stlačí a zmenší objem, zatímco záhyby na opačné straně budou uvolněte se a zvětšete objem. Žebrované struktury jsou obvykle vyztuženy drátěnými kabely nebo textilními pásky, aby se omezil jejich pohyb a zabránilo neobvyklým režimům ohýbání, které by se mohly odřít o tělo uživatele. Kabely s drátěnými závěsy také omezují složité záhyby, které by se při uvolnění mohly rozvinout a prodloužit o více než metr déle než tělo nositele.

Tyto konstantní objemy kloubních struktur výrazně snižují únavu nositele, takže nemusí neustále bojovat proti tlaku obleku.

Přímá komprese

Zobrazeny funkční součásti tlakového obleku s přímým stlačení proti tlaku G: A - připojení nafukovací hadice k externímu přívodu vzduchu, B - pružná elastická trubka obsažená uvnitř nepružného textilního tunelu po délce končetiny, C - střídavé látkové pásky k kompresní oblek, když se navíječ nafoukne, D - přichycené záhyby pro přizpůsobení přizpůsobení látkového obleku tak, aby těsně odpovídalo anatomii nositele.

Přímá komprese zahrnuje použití tlaku přímo na lidské tělo pomocí materiálu obleku, obvykle bez jakéhokoli dalšího plynového obalu kolem nositele, který je místo toho zajištěn vnější tuhou konstrukcí kabiny obklopující osobu.

Jeden způsob, který se k tomu používá, je známý jako převlečný oblek, který používá stlačitelnou nafukovací trubici známou jako převrácenou pásku, uzavřenou střídavými proužky tkaniny, které se obtočí kolem vzduchové trubice a jsou připevněny k nepružné tkanině, která těsně odpovídá tvaru těla nositele .

Aby bylo zajištěno přizpůsobené přiléhavé přizpůsobení tělu nositele, existují podél celé končetiny skupiny tkaniček. Zipy mohou také běžet po celé délce končetiny, aby umožnily dostatek prostoru do obleku. Aby se vyvinul tlak, je trubice navijáku natlakována, což se zvětšuje v průměru a vyvíjí tlak na textilní pásy. Pásy poté přitahují materiál obleku bočně těsněji kolem těla nositele.

Problém tohoto designu spočívá v tom, že tkanina obleku není schopna přímo vyvíjet tlak na lidské tělo v oblastech s povrchem, který se zakřivuje dovnitř, pryč od látky obleku. Místa s konkávními povrchy kůže jsou v podpaží, za koleny, vpředu a vzadu v oblasti rozkroku a podél páteře.

Mohou být použity nafukovací struktury vzduchového měchýře nebo tvarovaná tuhá expandovaná pěna, které zapadají do těchto dutých prostorů, aby poskytovaly přímý tlak na kůži tam, kde materiál obleku není schopen zajistit tento kontakt přímo.

Typy

Parciální tlakové obleky natlakují pouze určité části těla. Mohou poskytovat ochranu pouze do určité výšky.[2] Neposkytují ochranu po delší dobu při nízkém tlaku okolí.[3] Plné tlakové obleky natlakují celé tělo. Tyto obleky nemají žádný výškový limit.[Citace je zapotřebí ]

Vystavení vesmíru bez skafandru

Hlavní článek: Expozice vesmíru

Lidské tělo může krátce přežít těžké vakuum nechráněného prostoru, navzdory opačnému vyobrazení v mnoha populárních sci-fi. Lidské maso se za takových podmínek rozšiřuje na přibližně dvojnásobek své velikosti, což dává vizuální efekt kulturistovi[Citace je zapotřebí ] spíše než přeplněný balón. Vědomí je uchováno po dobu až 15 sekund jako účinky hladovění kyslíkem nastaveno dovnitř Žádný efekt rychlého zmrazení nedojde, protože se musí ztratit veškeré teplo tepelné záření nebo vypařování tekutin a krev nevaruje, protože zůstává pod tlakem v těle, ale když žíly explodují, v důsledku rozšíření masa na přibližně dvojnásobnou velikost začne krev, obsah žaludku, mozek, srdce, oční bulvy a svaly vřít dokud lidské tělo nevybuchne v důsledku 0 tlaku v prostoru. Největší nebezpečí je ve snaze zadržet dech před expozicí, jako následnou výbušná dekomprese může poškodit plíce. Tyto účinky byly potvrzeny různými nehodami (včetně situací ve velmi vysokých nadmořských výškách, ve vesmíru a cvičných vakuových komor).[4][5]

Lidská kůže nemusí být chráněna před vakuem a je sama plynotěsná.[6] Místo toho je třeba jej pouze mechanicky stlačit, aby si zachoval svůj normální tvar. Toho lze dosáhnout pomocí těsně přiléhajícího elastického obleku a přilby pro zadržování dýchacích plynů, známé jako kosmická aktivita oblek.

Dějiny

SSSR

V SSSR první plný tlakový oblek navrhl inženýr Ciann Downes v Leningrad v roce 1931. CH-1 byl jednoduchý tlakově těsný oblek s přilbou, která neměla klouby, což vyžadovalo značnou sílu k pohybu paží a nohou, když byla pod tlakem. To bylo napraveno v pozdějších oblecích. Práce na tlakových oblecích prováděla v letech 1936-41 Ústřední aerohydrodynamický ústav (TsAGI), s podobnými pracemi prováděnými Gromov Flight Research Institute (LII) po druhá světová válka. LII vyrobila čtyři experimentální plné tlakové obleky pro posádky letadel a v roce 1959 začala pracovat na plných tlakových oblecích pro kosmické lety.[7] Chertovskiy použil jméno skafander pro obleky s plným tlakem, z francouzštiny scaphandre ("potápěčský oblek"); skafander od té doby se stal termínem, který Rusové používají k označení standardu potápěčské šaty nebo skafandry.

Haldane-Davis

Italský letec Mario Pezzi ve svém vysokohorském tlakovém obleku, kolem roku 1937

V roce 1931 byl Američan Mark Ridge posedlý překonáním světového výškového rekordu v otevřeném gondolovém balónu. S vědomím, že let bude vyžadovat speciální ochranné oděvy, navštívil v roce 1933 Velkou Británii, kde se setkal skotský fyziolog John Scott Haldane, který ve dvacátých letech minulého století publikoval koncept látkového úpletu. Ti dva vyhledali pomoc Robert Henry Davis z Siebe Gorman, vynálezce Davis Escape Set a s prostředky Haldane a Davise byl postaven prototyp obleku. Ridge to testoval v nízkotlaké komoře do simulované výšky 50 000 stop. Nicméně nedostal žádnou podporu pro další práci a nikdy se nepokusil o světový rekord.

28. září 1936 Vůdce letky F.R.D. Swain z královské letectvo stanovila oficiální světový výškový rekord na 49 967 stopách v a Bristol typ 138 na sobě podobný oblek.[8]

Wiley Post

V roce 1934 letec Wiley Post, ve spolupráci s Russellem S. Colleyem z Společnost B.F. Goodrich, vyrobila první praktický tlakový oblek na světě. Tělo obleku mělo tři vrstvy: dlouhé spodní prádlo, gumový měchýř tlaku vzduchu a vnější oblek z pogumované padákové tkaniny, který byl připevněn k rámu s klouby paží a nohou, který umožňoval Postovi ovládat ovládací prvky letadla a chodit do letadla a z letadla . K rámu byly připevněny rukavice z vepřové kůže, gumové holínky a hliníková a plastová helma s odnímatelnou čelní deskou, do které se vešly sluchátka a mikrofon v krku. Při prvním letu pomocí obleku 5. září 1934 dosáhl Post výšky 40 000 stop výše Chicago, a v pozdějších letech dosáhl 50 000 stop.

druhá světová válka

V USA bylo během druhé světové války vyvinuto velké úsilí při vývoji tlakových obleků. Zatímco B.F. Goodrich vedl pole, další společnosti zapojené do takového výzkumu zahrnovaly Arrowhead Rubber Co., Dobrý rok, a USA guma. The University of Minnesota pracoval s Bell Aircraft a Americký národní úřad pro standardy. Úřad pro normalizaci a University of California fungovaly jako clearingové domy a distribuovaly informace všem zúčastněným společnostem. Ve druhé světové válce nebyly vyrobeny žádné efektivní plně mobilní tlakové obleky, ale úsilí poskytlo cenný základ pro pozdější vývoj.[8]

Joe Walker v počátečním obleku parciálního tlaku letectva

Společnost Davida Clarka

Po válce se Studená válka způsobil pokračující financování rozvoje letectví, které zahrnovalo vysokou nadmořskou výšku, vysokorychlostní výzkum jako např NACA je X-1. James Henry z University of Southern California vymyslel oblek s částečným tlakem pomocí kyslíková maska poskytnout stlačený kyslík, přičemž tlak plynu také nafoukne gumové trubice zvané capstans, aby se oblek utáhl a poskytl dostatečný mechanický protitlak, jen aby vyrovnal dýchací tlak nezbytný k prevenci hypoxie v určité výšce. The Společnost Davida Clarka poskytla technickou podporu a zdroje a prototyp obleku byl testován na simulovanou vzdálenost 90 000 stop Wright Field v roce 1946. Henryho návrh byl následně společností David Clark rozvinut do letového obleku S-1 a T-1 používaného piloty X-1. X-1 byl následován Douglas vyletěl, jehož cílem bylo překročit Mach 2, a byl vyžadován vylepšený tlakový oblek. David Clark získal zakázku v roce 1951 s jejich prvním úplným oblekem, plným oblekem Model 4; poprvé vzlétl v roce 1953 USMC letec Marion E. Carl který se stal prvním americkým vojenským pilotem, který měl na sobě přetlakový oblek, a zároveň vytvořil neoficiální světový výškový rekord ve střelecké raketě.

Astronaut Gordon Cooper v helmě a kombinéze

Goodrich Mk III a IV

Americké požadavky na průzkumná letadla pro vysoké nadmořské výšky, jako je U-2 a stíhačky k zachycení sovětských letadel ve vysoké nadmořské výšce způsobily, že americké námořnictvo mělo v padesátých letech za úkol vyvinout tlakový oblek. Ve spolupráci s B.F. Goodrichem a Arrowhead Rubber vytvořil USN sérii designů, které vyvrcholily Goodrichem Mk III a IV. I když je určen pro použití v letadle, Mk IV byl později použit NASA s úpravami pro Projekt Merkur jako Navy Mark V. Zároveň David Clark získal zakázku na výrobu obleků pro X-15 projekt; jeho obleky XMC-2 se kvalifikovaly jako první americké skafandry.[9]

RAF

The Ústav leteckého lékařství RAF a Royal Aircraft Establishment vyvinula přilbu s částečným tlakem, která byla použita s oblekem typu navijáku zakoupeným z USA. Nosil to Walter Gibb a jeho navigátor vytvořil světový výškový rekord 29. srpna 1955 v Anglická elektrická Canberra. Vyhodnocení obleku však ukázalo, že zatěžovalo nositele a neintegrovalo se dobře s únikovými systémy RAF. Místo toho navrhla RAF IAM oblek s minimálním pokrytím, který by poskytoval ochranu „get-me-down“. RAF nikdy nevydala oblek s částečným tlakem, místo toho raději použila kalhoty anti-g ve spojení s tlakovými kalhotami (které aplikovaly mechanický protitlak na hruď nositele).

Viz také

Poznámky

  1. ^ Altitude.org zdravotní rada pro horolezce.
  2. ^ Kozloski, Lillian D. (1994). US Space Gear: Outfitting The Astronaut. Smithsonian Institution Press. ISBN  0-87474-459-8.
  3. ^ Hoffman, Stephen. „Advanced EVA Capabilities: A Study for NASA's Revolutionary Aerospace Systems Concept Program“ (PDF). Houston, Texas: NASA. str. 55. Archivovány od originál (PDF) dne 27. července 2011. Citováno 3. dubna 2011.
  4. ^ „Zeptejte se astrofyzika, lidské tělo ve vakuu“. NASA's Imagine the Universe. Citováno 2008-12-14.
  5. ^ „Expozice vesmíru“. Sakra zajímavé. Citováno 2008-12-14.
  6. ^ "A-Z kůže - struktura a funkce pokožky". Australasian College of Dermatologists. Citováno 2020-01-23. Kůže je orgán, který poskytuje vnější ochranný obal pro všechny části těla. Je to největší orgán v těle. Je to vodotěsná, vzduchotěsná a pružná bariéra mezi prostředím a vnitřními orgány. Udržuje vnitřní prostředí našeho těla stabilní.
  7. ^ Abramov, Isaak Pavlovič (2003). Ruské skafandry. Springer. str. 5–13. ISBN  1-85233-732-X.
  8. ^ A b Thomas, Kenneth S .; Harold J. McMann (2005). Americké skafandry. Birkhäuser. str. 6. ISBN  0-387-27919-9.
  9. ^ Thomas, str. 10

externí odkazy