Основы физиологии дыхания человека - раздел Образование, ОБОРУДОВАНИЕ САМОЛЕТОВ Источником Энергии Для Жизнедеятельности Человека Являются Химические Реакции...
Источником энергии для жизнедеятельности человека являются химические реакции окисления пищевых продуктов кислородом, потребляемым при дыхании. При вдохе воздух через носоглотку, трахею и бронхи попадает во внутреннюю полость легких. Легкие являют собой ткань, состоящих из мелких, соединенных между собой пузырьков – альвеол с диаметром около 0,2 мм.
Внутренняя поверхность альвеол, контактирующая с вдыхаемым воздухом, представляет пленку – биологическую полупроницаемую мембрану. Такая мембрана пропускает в одном направлении только определенный вид газов. В данном случае она пропускает из альвеол в кровь кислород, а в обратном направлении – углекислый газ и пары воды.
Газообмен между воздухом и легкими осуществляется через стенки альвеол, которые со стороны легочной ткани густо оплетены кровеносными сосудами – капиллярами. Общая поверхность альвеол у человека достигает 90...120 м2. На 1 см3 вдыхаемого воздуха приходится более 300 см2 активной поверхности легких. Толщина стенки (пленки) альвеол составляет около 4 мкм. В нормальных условиях в одном литре крови содержится 0,185 л кислорода, химически связанного с гемоглобином, и 0,0024 л находящегося, в состоянии физического раствора.
Переход кислорода в кровь и выделение углекислого газа из крови осуществляется по законам диффузии, интенсивность которой определяется парциальным давлением газов в тех средах, между которыми происходит их обмен.
Парциальное давление кислорода в воздухе Ркисл определяется:
Ркисл = РH Г / 100 , кПа, (1.1)
где РH – общее атмосферное давление воздуха, (кПа); Г – процентное содержание кислорода в воздухе.
Наличие в дыхательной полости и в альвеолах легких паров воды и углекислого газа соответственно снижает парциальное давление кислорода в альвеолах легких:
= (РH – 6,25) Г / 100 – 5,3, (кПа), (1.2)
где 6,25 – парциальное давление водяных паров (кПа) в трахее;
5,3 – парциальное давление углекислого газа (кПа) непосредственно в альвеолах.
Изменение парциального давления Pкисл в атмосфере и некоторых участках человеческого тела показаны на рис. 1.2. В земных условиях Pкисл =14,0…13,7 кПа, что соответствует нормальному насыщению крови до (96…98)% кислородом. Нижний предел допустимого насыщения составляет80%.Это соответствует парциальному давлению кислорода в альвеолах = 6,7 кПа. Из графика рис. 1.2 это давление соответствует высоте полета приблизительно 4...4,5 км.
Парциальное давление кислорода Ркисл. в различных участках тела в земных условиях представлено в следующей таблице:
Участок тела
Давление Ркисл., кПа.
Вдыхаемый воздух
21,0
Трахея
18,5…19,5
Альвеолы
13,0…14,0
Артериальная кровь
12,0…12,7
Капилляры мозга
4,0…9,3
Венозная кровь
2,6…6,7
Границей удовлетворительного насыщения крови кислородом считается = 6,7 кПа. С уменьшением процесс насыщения крови падает, и человеческий организм начинает испытывать недостаток кислорода, называемой гипоксией, которая, в первую очередь, вызывает кислородное голодание мозга.
Рис. 1.2. Парциальное давление кислорода по высоте.
1 – вдыхаемый воздух; 2 – альвеолярный воздух; 3 – венозная кровь.
Организм человека не обладает способностью запасать кислород, поэтому, приблизительно, через минуту после прекращения его подачи, наступает потеря сознания, а спустя 10 минут, наступает смерть. С подъемом на высоту снижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе вызывает у человека ряд функциональных расстройств под общим названием – высотная болезнь.
До высоты 2 км человеком не ощущаются понижение давления, и эта высота называется индифферентной зоной. Однако, на этой высоте возможно ослабление глубинного зрения. Поэтому при ночных полетах рекомендуется пользоваться кислородом при высотах с 1,5 км до захода на посадку, а при дневных – с 3,5 км.
На высотах от 2 км до 3,5...4 км уменьшение кислорода во вдыхаемом воздухе компенсируется более учащенным ритмом сердца и интенсивностью дыхания. Этот интервал высот называется зоной полной компенсации, т.к. организм человека с таким недостатком кислорода вполне справляется в течение 3...4 часов. При большой продолжительности полета в организме начинают испытывать кислородное голодание.
На высоте 3,5...4 км, называемой "порогом нарушения", = 7,2...6,3 кПа увеличивающаяся активность работы сердца и легких не обеспечивают нужного снабжения кислородом организма. Приняв среднее значение допустимого насыщения крови при = 6,7 кПа по формуле (1.2) находится атмосферное давление Рн. В соответствии с этим давлением по международной стандартной атмосфере определяется искомая высота Н ≈ 4000 м.
Высота атмосферы от 4000 м до 6000 м называется зоной неполной компенсации. Организм большинства здоровых людей справляется с недостатком кислорода за счет реакции организма – более активной сердечной и легочной деятельности.
При длительном пребывании на высотах 5000...6000 м гипоксия проявляется нарушением основных нервных процессов (возбуждение или торможение). Замедляется скорость ответных реакций, ухудшается координация движений, логическое мышление, внимание, память, острота зрения и т.д. Интенсивность кислородного голодания возрастает с увеличением тяжести выполняемой работы.
На высотах более 6000 м учащаются случаи критического состояния организма, гдебез дополнительной подпитки кислородом возможны нарушения работоспособности и потери сознания.
Если принять минимально допустимое парциальное давление кислорода в венозной крови = 2,6 кПа, то предельная высота, на которой прекратится легочный газообмен по формуле (1.2) (принимая =) будет соответствовать 6700 м. Считается, что у здорового нетренированного человека на высоте 6000...7000 м наступает полная утрата работоспособности и часто – потеря сознания (обморок). На высоте 8000 м эти проявления могут закончиться смертельным исходом.
Нормальная жизнедеятельность человека может быть обеспечена при =14,7 кПа, (что соответствует условиям дыхания на уровне Земли). С возрастанием высоты полета это достигается техническими средствами:
- увеличением содержания кислорода во вдыхаемой смеси до 100%;
- повышением абсолютного давления кислорода, подаваемого для дыхания.
Если для первого случая принять =14,7 кПа, то по формуле (1.2) высота, где Г = 100%, будет соответствовать Н = 8000 м (при минимально допустимом значении=6,7 кПа предельная высота полета составляет 12500 м).
При полетах в разгерметизированной кабине на высотах более 12000 м необходима подача кислорода под избыточным давлением таким образом, чтобы парциальное давление кислорода не зависело от высоты. Следует отметить, если парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе составит более 56 кПа, то это может вызвать токсичное воздействие на организм (воспаление и отек легких).
им А Н ТУПОЛЕВА КАИ... КАФЕДРА КОНСТРУКЦИЙ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ... А П КЛЮШКИН Е А Першин...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Основы физиологии дыхания человека
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Основные условные обозначения
H, h – высота полета, м (км)
p – давление газа, Па
ρ – плотность газа, кг/м3
Г – процентное содержание кислорода в воздухе
Основные свойства земной атмосферы
Полеты современных летательных аппаратов, использующих аэродинамические и аэростатические принципы, осуществляются в атмосфере земли. С этой точки зрения необходимо иметь представление как о структ
Влияние пониженного давления на организм человека
Понятие резервного времени. При разгерметизации кабины (скафандра) на высотах более 12 км или при прекращении подачи кислорода из кислородных приборов на высотах более 7 км парциально
Воздействие динамических факторов на организм человека
Появляющиеся в полете ускорения, вызывают инерционные силы, воздействующие как на отдельные органы и массу крови, так и на человека в целом. Воздействие ускорений принято выражать величиной перегру
Источники кислорода
Тип источника кислорода на борту самолета определяется, в основном, общей массой кислорода, необходимого для обеспечения одного полета с учетом возможной разгерметизации кабины.
В качестве
Кислородные приборы с непрерывной подачей кислорода
В кислородных системах с приборами непрерывной подачи кислород поступает в маску постоянным потоком. В таких системах применяются кислородные маски открытого типа, с подсосом воздуха непосредственн
Кислородные приборы с периодической подачей кислорода
Бортовые кислородные приборы.
Основным и наиболее распространенным типом бортового кислородного прибора являются приборы с периодической подачей. В чистом виде принцип легочного автомата,
Кислородные маски
Наиболее простым способом защиты от гипоксии является подача обогащенной кислородом газовой смеси или чистого кислорода через кислородную маску (КМ). Кислородные маски служат для подвода кислорода
Запас кислорода на борту самолета
Основными данными для определения необходимого для типового полета запаса кислорода являются: максимальная высота полета самолета; продолжительность (дальность) полета; профиль полета; тип кислород
Схемы герметических кабин
Полеты современных самолетов осуществляются на высотах, где атмосферное давление не может обеспечить приемлемые условия для здоровья и работоспособности человека. С целью ограждения человека и ряда
Требования, предъявляемые к атмосфере кабины самолета
Основным назначением самолетных СКВ является создание условий, необходимых для обеспечения нормальной жизнедеятельности и работоспособности пассажиров и экипажа в полете на различных высотах и в лю
Характеристики герметичности кабины
Создать абсолютно герметичную кабину весьма сложно: стыки листов обшивки, электровводы, выводы элементов механического управления и т. п. – все это имеет неплотности (щели), через которые может про
Элементы конструкции герметических кабин
Герметическая кабина представляет собой герметизированный отсек фюзеляжа, внутри которого при полете на больших высотах поддерживается избыточное давление, доходящее до 40…50 кПа.
Способы регулирования давления воздуха в ГК
Поддержание в ГК определенного давления обеспечивается подачей в отсеки предварительно сжатого воздуха. Возможны следующие способы регулирования давления воздуха в отсеках и кабинах ЛА:
а)
Источники наддува ГК
Наддув атмосферных кабин (создание в них повышенного давления) осуществляется атмосферным воздухом. Выбор источника наддува кабин или отсеков зависит от назначения самолета, типа силовой установки
Программы изменения давления воздуха в ГК самолетов
Для удобства пассажиров и сохранения работоспособности экипажа в кабинах самолета желательно иметь давление, близкое к давлению атмосферы над уровнем моря. Однако поддержание такого давления в каби
Агрегаты оборудования герметической кабины
Одной из важных задач СКВ является поддержание заданного давления воздуха в ГК. Это обеспечивается с помощью различных регуляторов давления. Тип регулятора определяется значениями входного и выходн
Назначение систем кондиционирования воздуха
Системы кондиционирования воздуха (СКВ) предназначены для создания условий, необходимых для обеспечения нормальной жизнедеятельности и работоспособности человека в полете, а также для нормальной ра
СКВ на легком скоростном самолете
Устройство СКВ на легком скоростном маневренном самолете проще, чем на пассажирском, так как создание комфортных условий здесь компенсируется средствами индивидуального жизнеобеспечения. Преобладаю
Тепловой режим кабин и отсеков ЛА
Тепловое состояние оборудования или людей, находящихся на борту ЛА, определяется источниками выделения или поглощения тепла; видом теплообмена с окружающей средой (конвекция, теплоизлучение, теплоп
Теплоизоляция стенок кабин
Из всех слагаемых уравнения (4.1) наиболее существенным для потребной мощности СКВ является тепловой поток, поступающий или уходящий через стенки Qст (формула 4.2). Поэтому с цель
Способы обогрева кабин
Обогрев воздухом, отбираемым от компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД). В случае применения в силовых установках самолетов ГТД (ТРД, ТВД и др.) решение задачи обогрева кабин не представляет сл
Теплообменные аппараты
Охлаждение воздуха в системе кондиционирования осуществляется в теплообменных устройствах, в которых происходит передача тепла от более нагретого теплоносителя к менее нагретому. Классификация этих
Увлажнители воздуха в системе кондиционирования
При полетах в летнее время на высотах до 3 км относительная влажность воздуха в кабине находится в допустимых пределах и дополнительного увлажнения не требуется. На больших высотах влажность атмосф
Общие положения и назначение гидравлических систем самолетов
В настоящее время в самолетах гидравлические системы в основном используются в силовых устройствах и приводах управления самолетом, для уборки и выпуска шасси, закрылков, аэродинамических тормозов;
Роторные насосы
К источникам питания гидросистем относятся объемные гидронасосы. Они преобразуют механическую энергию привода в энергию давления движущейся жидкости.
Принцип действия объемного насоса суще
Пластинчатые насосы
Пластинчатые насосы в авиации часто применяются в виде четырехпластинчатого агрегата с плоскостной кинематикой (см. рис. 5.3.). Ротор представляет собой полый цилиндр с радиальными прорезями, в кот
Шестеренные насосы
Шестеренный насос с наружным зацеплением (рис. 5.4) представляет собой пару, как правило, одинаковых шестерен, находящихся в зацеплении и помещенных в корпус. Его стенки охватывают шестерни со всех
Аксиально - роторные насосы
Аксиально-роторные насосы и двигатели являются механизмами обратимого действия, т.е. насос может работать как двигатель. Если в линию высокого давления насоса подводить давление рабочей жидкости, т
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Гидроаккумулятор – емкость, предназначенная для накапливания и возврата энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением вследствие сжатия и расширения газа.
Гидроаккумулятор представля
СИЛОВЫЕ ПРИВОДЫ
Силовые приводы-двигатели являются устройствами, в которых энергия жидкости или газа повышенного давления преобразуется в механическую работу. По виду движения различают приводы линейного, углового
Гидравлические следящие устройства
В связи с увеличением размеров самолетов и возрастанием скоростей их полета усилия на ручке и педалях летчика без применения средств механизации превысили бы его физические возможности. Это потребо
Агрегаты регулирования потока рабочего тела по расходу и давлению
К этой группе агрегатов относятся распределительные устройства для изменения потока рабочего тела по направлению и расходу, а также регуляторы давления. Эти агрегаты являются обязательными элемента
Особенности возникновения пожара
Как показывает опыт эксплуатации авиационной техники частой причиной аварий и катастроф являются пожары.
Следует отметить, что пожар есть процесс окисления горючих веществ кислородом окруж
Меры пожарной безопасности
С целью увеличения пожарной безопасности на самолете необходимо применять как профилактические, так и конструктивные мероприятия. Они должны предотвратить возникновение открытого огня, а при возник
Система защиты летательного аппарата от пожара
Система защиты летательного аппарата от пожара включают в себя устройства о сигнализации возникшего пожара и средства непосредственного тушения.
В соответствии с требованиями Норм летной г
Системы защиты ЛА от взрыва
При взрыве происходящая экзотермическая реакция вызывает резкое увеличение давления в ограниченном пространстве. Возникающие при этом нагрузки на элементы конструкции настолько велики, что приводят
Основные факторы обледенения
Широкое применение авиации в деятельности человека вызывает большие проблемы по безопасности полетов и, в частности, защиты летательных аппаратов от обледенения. Обледенение самолетов и вертолетов
Виды и формы льдообразований
Ледяные наросты, образующиеся на частях летательных аппаратов, весьма различны и зависят от воздействия комплекса многих факторов, таких как размер переохлажденных капель, температура среды и скоро
Сигнализаторы обледенения
Безопасность полетов летательных аппаратов в значительной степени зависит от контроля метеорологических условий полета и своевременного выявления начала процесса его обледенения. Это осуществляется
Способы и системы защиты ЛА от обледенения
Для защиты ЛА от обледенения используются ПОС, действие которых основано на одном из следующих способов защиты: механическом, физико-химическом или тепловом.
Механический способ зак
Механические противообледенительные системы
Механические ПОС относятся к системам циклического действия. Для эффективной их работы необходимо образование определенной толщины льда. Удаление льда при работе механических противообледенительных
Жидкостная противообледенительная система.
На некоторых самолетах применяются жидкостные ПОС для защиты остекления лобовых частей фонаря, блистера штурмана и т.д. В этой системе на защищаемую поверхность подается жидкость, которая или пониж
Тепловые ПОС
В настоящее время для защиты ЛА от обледенения наиболее часто применяются тепловые ПОС, которые можно подразделить на две группы – воздушнотепловые и электротепловые. В основу такого деления положе
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
= (РH – 6,25) Г / 100 – 5,3, (кПа), (1.2)
= 7,2...6,3 кПа увеличивающаяся активность работы сердца и легких не обеспечивают нужного снабжения кислородом организма. Приняв среднее значение допустимого насыщения крови при 
= 2,6 кПа, то предельная высота, на которой прекратится легочный газообмен по формуле (1.2) (принимая 
=14,7 кПа, (что соответствует условиям дыхания на уровне Земли). С возрастанием высоты полета это достигается техническими средствами:
Новости и инфо для студентов