|
Предисловие
Современные скафандры представляют собой достаточно сложные технические устройства, в которых многое еще не исследовано и девается на основании инженерной интуиции. В отечественной литературе достижения в области скафандростроения не (получили пока должного освещения, и поэтому авторы задались целью в какой-то степени восполнить этот пробел.
В первой главе приведены краткие сведения об атмосфере Земли и окружающем ее пространстве, которые дают представление читателю о среде, ib которой может находиться и работать человек в скафандре.
Во второй главе рассмотрены некоторые физические факторы «атмосферного и космического полетов и их физиологическое воздействие на организм человека (кислородная недостаточность, перегрузки, ионизирующее излучение), а также вопросы теплообразования и теплоотдачи в организме человека. Приведены также краткие сведения о физиологии человека, без знания которых трудно понять, как работает скафандр.
Третья глава знакомит читателей с системами кислородного питания и жизнеобеспечения экипажей летательных аппаратов, которые освещены в литературе, и в этой книге приведены только краткие сведения о таких системах, которые также необходимы для понимания работы скафандров.
Четвертая глава посвящена описанию автономных систем, обеспечивающих жизнедеятельность человека в скафандре. Так как в этой совершенно новой области авиационной и космической техники накоплен, ный опыт весьма невелик и непрерывно пополняется, то содержание этой главы не может считаться исчерпывающим. Авторы отдают себе отчет в том, что, излагая эти вопросы, трудно избежать спорных утверждений.
В пятой главе рассмотрены устройства и конструкции аварийно-спасательных скафандров, а также приведены краткие сведения по расчету на прочность силовой оболочки скафандра, его вентилирующей системы и теплозащитных устройств.
Две следующие главы — шестая и седьмая — содержат описание скафандров для выхода в космос и на поверхность Луны.
В восьмой главе изложены свойства неметаллических материалов, применяемых в скафандростроении.
При работе над книгой авторы пользовались советами и замечаниями многих специалистов и приносят благодарность В. И. Шелюпскому, В. И. Серенкову, М. К. Вдовченко, А. С. Бареру, Л. И. Кузминскому, П. И. Зиме, М. М. Гудимову, Д. П. Трофимовичу, В. В. Блохиной, Ю. А. Суркову, В. Г. Гриневу, Т. С. Саламаховой, просмотревшим отдельные разделы рукописи.
Большую помощь в оформлении книги оказали Л. А. Бухарина и Н. Б. Моисеева.
Введение
Современные летательные аппараты снабжены «герметическими кабинами, в которых на определенном уровне поддерживаются давление,, температура и прочие параметры «воздуха, обеспечивающие человеку нормальные жизненные условия на всех высотах полета.
Однако при осуществлении полетов на высотных самолетах или космических кораблях необходимо учитывать возможность внезапного падения давления воздуха в их кабинах, «возникновения неисправности в системе наддува, столкновения с метеоритным телом и многих других аварийных ситуаций. В военной авиации необходимо «считаться также с возможностью повреждения герметической кабины, осколком снаряда или воздушной волной.
Особенно в тяжелом положении оказывается экипаж при разгерметизации кабины на высотах более 6 — в км.
В качестве средств, предназначенных для защиты экипажа от кислородного голодания и низкого барометрического давления, в настоящее время применяются кислородные маски, выоотно-комленси-рующие костюм ы и ска ф андр ы.
При применении кислородной маски со специальным кислородным прибором можно создавать избыточное давлением легких до 30мм рт. ст., что дает возможность летчику кратковременно находиться на высотах до 16 км.
Для сохранения удовлетворительной работоспособности на больших высотах необходимо ещё больше повысить давление кислорода в легких. Таким образом, возникла необходимость в компенсирующем костюме, облегчающем дыхание под избыточным давлением путем создания внешнего противодавления на большей части поверхности тела человека при помощи натяжных устройств.
Компенсирующий костюм с кислородной маской позволяет повысить избыточное давление в легких до 76 мм рт. ст., что дает возможность летчику кратковременно находиться на высоте 16 — 1(8 км.
Более эффективным средством является применение компенсирующего костюма с герметичным шлемом вместо маски. Подобное устройство не только нормализует дыхание над избыточным давлением, но и уменьшает застойные явления в системе кровообращения. Применение компенсирующего костюма с герметичным шлемом дает возможность поддерживать в падшлемном пространстве и легких избыточное давление до 146 мм рт. ст., что позволяет человеку находиться на любой высоте, но время пребывания на больших высотах ограничивается в соответствии.с данными, приведенными в табл. В.1. Кроме того, механическое обжатие, применяемое в компенсирующем костюме, затрудняет вдох. В области лаха, под мышками и в некоторых других местах трудно обеспечить необходимое противодавление.
Скафандр в отличие от компенсирующего костюма герметичен. Поддерживаемое под оболочкой (скафлндра давление равномерно распределяется по всему телу и благоприятно оказывается на физиологическом состоянии человека. Поэтому допустимая продолжительность полета в скафандре значительно больше, чем при пользовании компенсирующим костюмом (см. табл. В.1).
* «Высота» в кабине — высота по стандартной атмосфере, соответствующая величине давления воздуха в кабине JIA (ГОСТ 4401 — 64). ** Продолжительность полета зависит от давления в скафандре, физической нагрузки и индивидуальных особенностей организма человека.
Скафандр является универсальным средством защиты. Он защищает человека не только от вредного воздействия низкого барометрического давления при разгерметизации кабины, но и от перегрева и охлаждения. При катапультировании о:н предохраняет человека от удара встречного потока ноздуха, а при попадании в воду обеспечивает плавучесть и в течение длительного времени защищает от переохлаждения. Однако создать скафандр, который имел бы небольшой вес и обеспечивал хорошую подвижность, довольно трудно.
Первый скафандр 4-1 был спроектирован Е. Е. Чертовским в 1931 г. Это был простой герметичный комбинезон со шлемом, имевшим небольшое остекление для обзора. В его конструкции не были предусмотрены шарниры. При наддуве скафандра требовалось большое усилие для сгибания рук и ног, поэтому работать в скафандре при создании в нем избыточного давления было невозможно [4, 5].
В скафандре 4-2 (1932 — 4934 гг.) в местах сгиба конечностей были применены шарниры, благодаря чему появилась возможность (хотя и в ограниченной степени) сгибать руки и ноги. Однако в этих скафандрах еще не были решены вопросы жизнеобеспечения человека [1].
В конструкции скафандра Ч-З (рис. В.1), разработанного в 1935 — 1937 гг,, уже были заложены все основные элементы будущих скафандров, а также учтены физиолого-гигиенические требования.
П,ри избыточном давлении О Л — 0,16 кге/ом2 летчик в скафандре, оболочка которого была изготовлена из прорезиненной ткани, мог передвигаться и управлять самолетом. После испытания © барокамере летчик-испытатель С. Коробков провел летные ‘испытания скафандра на высотах до 12 км. В разработке скафандра Ч-З приняли участие авиационные физиологи В. А. Спасский и А. П. Аполлонов [3].
В 1938 и 1939 irr. Е. Е. Чертовским были созданы скафандры 4-4 и 4-5, а в 1940 г. — усовершенствованные образцы скафандров 4-6 и 4-7. Е. Е. Чертовской первым © СССР построил высотный скафандр. В 1937 г.
Центральным советом Осовиахима ему была присуждена премия за решение проблемы подвижности скафандра.
В отличие от известных иностранных образцов скафандров, рассчитанных на кратковременный полет для установления мирового рекорда, первые отечественные скафандры предназначались для многочасового пребывания в них человека в стратосфере. Они снабжались автономной системой кислородного питания регенерационного типа, позволявшей экипажу отсоединяться от нее при переходе в самолете с одного места на другое или совершении прыжка с парашютом.
Отечественные скафандры создавались также в ЦАГИ (Центральном аэро-
гидродинамическом институте) под руководством я. п. поико и А. И. Хромушкина (последний руководил разработкой систем жизнеобеспечения для скафандров).
Первый опытный образец скафандра под маркой СК-ЦАГИ-1 был разработан, изготовлен и испытан в 1937 г. Он состоял из верхней и нижней частей, соединявшихся при помощи поясного металлического разъема. Плечевые шарниры обеспечивали необходимую подвижность рук. Оболочка скафандра была изготовлена из двухслойной прорезиненной ткани.
В 1938 г. был разработан скафандр СК-ЦАГИ-2 регенерационного типа, работающий под давлением 0,3 юге/ом2.
Автономная регенерационная система (была рассчитана на работу в течение (6 ч (рис. В.2). В этой системе воздух из скафандра поступал в регенерационные патроны, в которых он очищался от углекислого газа и паров воды. Очищенный воздух направлялся в инжектор, где смешивался с непрерывно поступающим из баллона кислородом, и снова подавался в скафандр. Большая часть воздуха, подаваемого в скафандр из инжектора, поступала в шлем для дыхания, а меньшая часть — в подскафандровое пространство для вентиляции туловища, рук и ног. Давление в скафандре поддерживалось регулятором.
В конце 1938 г. был выпущен усовершенствованный скафандр GK-ЦАГИ-4, который испытывался в термобарокамере.
В 1940 г. с учетом ранее накопленного опыта были созданы скафандры СК-ЦАГИ-5 и СК-ЦАГИ-8 (рис. В.З).
Скафандр СК-ЦАГИ-8 испытывался на советском истребителе И-153, не имевшем еще герметической кабины и защитного фонаря.
В период Великой Отечественной войны разработки скафандров были приостановлены.
Рис. В.1. Высотный скафандр Ч-З (1935 — 1937 гг.)
Послевоенный период характеризуется бурным развитием реактивной авиации, позволившей резко повысить летные данные летательных аппаратов.
Высота полета реактивного самолета стала значительно превышать высоты, на которых летчик, снабженный кислородной маской, по своим физиологическим возможностям мог бы управлять самолетом. Поэтому реактивные самолеты стали строить с герметическими кабинами. Но если раньше скафандр был единственным средством, обеспечивающим жизнедеятельность летчика на большой высоте, то теперь, при наличии на самолете герметической кабины, к нему стали предъявляться иные Требования. Так, при загерметизированной кабине скафандр не должен
стеснять движения, мешать управлению самолетом и ухудшать обзор, а при разгерметизации кабины скафандр должен автоматически включаться в работу и обеспечивать летчику необходимые жизненные условия.
С учетом этих требований в 1947 — 1950 гг. группа конструкторов под руководством А. И. Бойко разработала высотно-спасательные скафандры ВСС-01 и ВСС-04 (рис. В.4). Скафандры этих типов представляли собой герметический комбинезон из прорезиненной ткани с закрепленным на нем несъемным откидным шлемом и кислородной маской. Рукава и штанины были снабжены шарнирами, а силовая система хорошо удерживала скафандр от «вырастания». Давление в скафандре регулировалось клапаном избыточного давления. Для надевания скафандра в передней его части был распах с аппендиксом.
Бортовая кислородная система состояла та прибора КП-16 (позднее КП-18). Наддув и вентиляция скафандра осуществлялись от компрессора реактивного двигателя.
Для покидания самолета на большой высоте в аварийной ситуации летчик был снабжен парашютным кислородным прибором КП-23.
Советскими учеными и инженерами разработаны скафандры для космических полетов. 12 ,апреля 196,1 г. Ю. А. Гагарин совершил первый в истории человечества полет в космос в скафандре, назначением которого было обеспечить жизнедеятельность космонавта в случае разгерметизации кабины.
18 марта 1965 г, А. А. Леонов впервые вышел из кабины корабля в окружающее космическое пространство.
Таким обр.азом, в настоящее время определились три типа полетных скафандров:
— аварийно-спасательный (авиационный и космический);
— для выхода в космическое пространство;
— для выхода на поверхность Луны.
В дальнейшем будут разрабатываться скафандры для выхода на поверхность Марса, Венеры и других планет.
Разработаны также и системы жизнеобеспечения, поддерживающие в скафандрах заданный микроклимат, причем у аварийно-спасательных скафандров эти системы обычно объединяются с общими системами кондиционирования воздуха летательных аппаратов, а в других случаях они автономны и располагаются в специальных ранцах, которые надеваются на космонавтов.
По конструкции оболочки скафандры можно подразделить на мягкие, жесткие и полужесткие.
Оболочка мягких скафандров изготовлена из специальных тканей и при отсутствии внутреннего давления не сохраняет свою форму. При создании внутреннего давления эта оболочка (приобретает определенную жесткость и способна восприним-ать изгибающие и крутящие моменты.
Жесткие скафандры изготавливаются из материалов, сохраняющих форму в рабочем и нерабочем состояниях (металлы, твердые пластики).
В лолужестких скафандрах корпус выполнен из (Металла, а «конечности» — из ткани.
По способу подачи газов для вентиляции и дыхания скафандры подразделяются на вентиляционные и регенерационные.
В вентиляционный скафандр воздух, необходимый для вентиляции и поддержания внутреннего избыточного давления, подается от воздушного компрессора двигателя самолета, а кислород для дыхания — из установленных на самолете источников кислорода.
При полете в загерметизированной кабине под оболочкой такого скафандра избыточное давление не создается и продукты дыхания вместе с вентиляционным воздухом (беспрепятственно выходят наружу через регулятор давления. При разгерметизации кабины регулятор давления автоматически создает в скафандре заданное абсолютное давление.
Регенерационные скафандры в отличие от вентиляционных работают по замкнутому циклу, при котором выдыхаемый и отработанный вентиляционный воздух не выбрасывается наружу, а проходит через патроны, поглощающие углекислый газ и влагу, обогащается кислородом и снова поступает в скафандр.
По способу подачи кислорода для дыхания скафандры разделяются на масочные и безмасочные.
В масочном скафандре кислород подается только в маску, в безмасочном — кислород поступает непосредственно в подшлемное пространство.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гришанов Н. Г., У м а н с к и й С. П. Скафандр летчика и космонавта. — «Авиация и космонавтика», 1965, № 7.
2. Спасский В. А. Физиолого-гигиеническое обеспечение полетов в скафандре. М., Медгиз, 1940.
3. Перескоков А., Егоров П., Раевский М. Потолок летчика. М., Во-ениздат, 1931.
4. Чертовской Е. Е. Стратосферные скафандры. М., Воениздат, 1940.
5. Чертовской Е. Е. Стратостаты. М., ОНТИ, 1936.
|
