Кто-то думает, что самолёт герметичен и весь полёт орда пассажиров дышит тем, что прихватили с земли. «Весь воздух выйдет и мы задохнёмся!»
Серьёзно? Даже аквариуму с безмозглыми рыбками нужна аэрация, как же без неё прокормить кислородом межушный нервный узел человека?..
Кто-то думает, что кислород для дыхания запасён в баллонах и потихоньку подаётся в салон.
Интересно, сколько будут весить баллоны, чтобы их хватило трём сотням пассажиров Боинга 777 в 10-часовом полёте? И потом, баллоны сдуваются – самолёт надувается. Куда девать излишки? За борт? Вот это уже близко к истине.
Кто-то думает, что самолёт вентилируется за счёт «встречного ветра» (скоростного напора), как мотор ушастого «Запорожца», и нужное на высоте давление в салоне тоже создаётся тем «ветром».
В этом тоже доля истины, на некоторых типах высотных самолётов есть вентиляция от скоростного напора. Но она резервная и это боевые самолёты.
Любой высотный самолёт с газотурбинными двигателями (ГТД; высотных «поршней» сейчас либо нет, либо это такая экзотика, что слухи о них доходят местами и немного) создаёт погоду в доме парой систем – СКВ и СРД, что в расшифровке значит: система кондиционирования воздуха (для «надувательства») и система регулирования давления (соот-но – для «сдувательства»), она же САРД (добавляется слово «автоматического»). И, как и другие системы и органы самолёта – закрылки, двигатели, шасси, на всех типах они устроены примерно одинаково.
Самая тяжёлая часть любого ГТД – компрессор. Он может состоять, как на старичке ВК-1, на котором летали лётчики-бомбардировщики 50-х (один такой двигатель стоит на МиГ-15 и МиГ-17, пара – на Ил-28), из одной центробежной ступени, может, как на Ту-160, из целых пятнадцати осевых. Осевой вентилятор – это как комнатный, отбрасывающий воздух вдоль своей оси, только в двигателе он стальной либо титановый и зовётся компрессором, так как подаёт воздух под давлением выше 115 кПа... Бывает и нечто среднее – у вспомогательной силовой установки ТА-12, стоящей на «Руслане» Ан-124, на Ту-204, том же Ту-160 или шустром симпатяге Ан-74, компрессор осевой 4-ступенчатый.
Но суть одна – лопатки ротора компрессора, со страшной силой лупя по молекулам воздуха, загоняют их в угол – в камеру сгорания, чтобы там сжечь топливо и произвести работу. И воздуха этого столько, что можно немного отобрать на другие нужды – на наддув кабины (именно так называется этот процесс), на противообледенительный обогрев, на привод мощных агрегатов (например, турбогенератора или турбонасоса).
Конечно, у этого воздуха совершенно непотребные температура и давление (до 300 градусов Цельсия, несколько мегапаскалей), что сразу его ни в салон, ни даже на обогрев того же крыла подать нельзя – в носке крыла он пожжёт проводку, поплавит резину, которой там хватает, а то и алюминий отожжёт, а это уже чревато разрушением крыла в воздухе. Поэтому в системе отбора есть ряд агрегатов для подготовки воздуха. Во-первых, часто есть ЗПВ – заслонка переключения воздуха: на малом газе, когда двигатель дышит легко, она отбирает воздух от последней ступени компрессора, а на больших оборотах отбор переключается на одну из промежуточных. Во-вторых, возле двигателя или прямо на нём установлен ВВР – воздухо-воздушный радиатор.
После этого воздух, как правило, годен для работы ПОС (противообледенительной системы), но в салон ему рановато – его температура куда хлеще, чем в сауне, не говоря о давлении. Поэтому для дозирования воздуха стоят так называемые краны наддува, зачастую с автоматикой, а дальнейшего охлаждения – вторичные узлы охлаждения, это почти всегда машина с гордым названием «турбохолодильник».
В чём его суть? Воздух, крутя турбину ТХ и расширяясь в его улитке, отдаёт ему свою внутреннюю энергию, в итоге охлаждаясь иной раз ниже температуры окружающего воздуха. Впрочем, в помощь турбохолодильнику перед ним нередко стоит ещё один ВВР (вторичный), плюс от ТХ приводится вентилятор продува радиатора – чтобы была обдувка на земле. На фото видны и ТХ – небольшая улитка на переднем плане, и вентилятор – улитка побольше за турбохолодильником.
Для регулирования мощности охлаждения в трубопроводах установлены заслонки перепуска, смесительные заслонки, а в самом конце – распределительные заслонки. После них воздух уже идёт в короба отопления, воздуховоды индивидуальной вентиляции, а если самолёт боевой и на нём летают в морских спасательных костюмах (МСК) – то и в систему вентиляции МСК. Каждый в экипаже выбирает погоду в своём костюме сам. Так что такой сервис доступен не только космонавтам.
С надувательством ясно, но задача СКВ – создать в самолёте комфортные для людей давление и температуру, а не разорвать самолёт на куски. На пассажирских самолётах предельное избыточное (повышенное по сравнению с внешним) давление в гермокабине лежит в пределах 0,03 – 0,08 МПа (0,3 – 0,8 кгс/см кв.), на истребителях с их маленькой прочной кабиной, конечно, больше, но в любом случае куда меньше, чем могут дать двигатели. Поэтому в паре с СКВ работает СРД. Она, как правило, куда проще – командный агрегат и выпускной клапан, если самолёт большой – то клапанов несколько.
Но «проще» не значит «менее ответственно» - скорее, даже более, потому что неисправность СКВ ничем неотвратимо молниеносным не грозит, а вот неисправная СРД может ударно разгерметизировать самолёт, что на высоте более 10 километров чревато потерей сознания не только пассажиров, но и экипажа. Не спасёт и маска, ведь оказаться в разрежённом воздухе – это совсем не то же самое, что задержать дыхание, процессы в организме затуманивают, а то и гасят сознание за секунды. Поэтому «командник» всегда дублирован.
Для понимания работы СРД нужно уяснить понятие кабинной высоты. На нулевой высоте (уровне моря) при международной стандартной атмосфере (МСА) давление равно 760 мм рт. ст., иначе – 1013 гектопаскалей, ещё иначе – 2992 мбар. С подъёмом на высоту давление падает на 1 мм рт. ст. каждые 11 метров. И по ряду причин (например, для лёгкости оценки работы СРД) введено понятие «кабинная высота» - по сути это давление в гермокабине, отсчитанное в метрах. На высоте 3000 м давление атмосферы (и давление в негерметичном самолёте) – порядка 500 мм рт. ст., иначе говоря, кабинная высота равна 3000 м. Если загерметизировать и наддуть салон, то кабинная высота упадёт, хотя за бортом будут те же 3000 м и неизменные 500 мм рт. ст.
Итак, нехитрая логика работы командного агрегата стоит на трёх законах. Если говорить по-простому, то до определённой высоты он поддерживает минимальный перепад давления, чтобы нормально работали выпускные клапаны. Когда кабинная высота возрастает до определённого значения (порядка 1500 – 1800 м), то СРД переходит на работу по кабинной высоте – поддерживает её.
А когда на большой высоте перепад давления достигнет предельного по прочности конструкции (например, для Ан-140 – 0,3 кгс/см кв., для высотного Ту-154 – 0,59), то командный агрегат начинает работать по третьему закону – предельному перепаду. С этого момента при наборе высоты кабинная высота тоже начнёт расти. Этим и ограничен потолок высотных пассажирских самолётов – кабинная высота больше 3000 м запрещена, на эту высоту отрегулированы регуляторы подачи кислорода, выбрасывающие кислородные маски.
Нормально работающие СКВ и СРД обеспечивают 30-кратную замену воздуха за час. То есть каждые две минуты самолёт вентилируется полностью! О герметичности как в закатанной банке речи нет, это не подводная лодка – да и на подлодке та герметичность далеко не всегда есть, протекают и выводы кабелей из прочного корпуса, и воздушные захлопки дизелей, и дейдвудные сальники – это огромные сальники, через которые к винтам идут гребные валы... Да и когда герметичность есть, то не всегда на пользу – перепад может ударить открывшего люк, а может не дать тот люк открыть. Но об этом лучше расскажут подводники.
Мы же вернёмся к самолётам. Раз герметичность не особо важна – то и меры по её обеспечению не такие драконовские. Свистят уплотнения дверей и люков, свистят гермовыводы тросов и тяг управления, свистят выводы электрожгутов, на некоторых типах выполненные просто как плотно обжатые пучки проводов. Конечно, у этого «свиста» есть предел, иначе и СКВ не справится, особенно при отказе одного двигателя или части самой системы. Например, герметичность Ту-154 в полёте после капремонта проверяется так: на высоте 11 км наддув полностью закрывается и за 15 минут перепад давления не должен упасть с 0,59 до 0,39. На свежем самолёте это запросто, а вот после нескольких лет эксплуатации, когда обожмутся и изотрутся резинки – уже не всегда... Но случаев, чтобы это помешало полёту, вроде не было, а случись таковой – есть сигнализация «Р кабины мало», есть маски, есть экстренное снижение.
На то она и авиация, что поодиночке никто не ходит. Всегда есть запас. Так что летайте спокойно.