Охорона праці в авіації - Буріченко Л.А. - 4.4. Чинника, що впливають на організм людини в польоті

Під час польоту повітряних суден (ПС) екіпаж і пасажири потрапляють у специфічні умови, які необхідно враховувати як під час проектування, так і під час експлуатації літаків. Основними з них є:

- зниження тиску в навколишньому повітряному середовищі;

- зниження парціального тиску кисню у повітрі, яке вдихається;

- низька температура навколишньої атмосфери;

- прискорення, які виникають під час виконання окремих фігур складного пілотажу; сюди ж можна віднести і шумовий чинник, оскільки шуми в кабінах сучасних ПС ще значні і їхній вплив на організм людини досить істотний.

Зниження тиску в навколишньому повітряному середовищі відбувається під час підйому ПС на висоту. Наприклад, атмосферний тиск на висоті 5000 м дорівнює тільки половині тиску на рівні моря; на висоті 10000 м - лише одній чверті, а на висоті 15000 м - приблизно одній восьмий. Відповідно до закону Бойля-Маріотта об'єм певної кількості повітря, наприклад 1 кг, на цих висотах (якщо не враховувати впливу температури) збільшується відповідно у два, потім у чотири і у вісім разів. Це по-різному впливає на ті частини організму людини, які вміщують гази. Особливо їх багато в шлунково-кишковому тракті.

Під час підйому на висоту ці гази будуть розширюватися і, оскільки вони не будуть знаходити виходу, почнуть тиснути на органи грудної і черевної порожнин, в результаті чого з'явиться біль у череві, затрудняться кровообіг і дихання. Тому не рекомендується перед польотами вживати їжу, яка сприяє підвищеному утворенню газів у кишечнику.

Різкі зміни атмосферного тиску (перепади тиску) викликають у людини відчуття закладання вух, а іноді й болю. Це відбувається за швидкого зниження або набирання висоти ПС, а також за незадовільної роботи на ньому кондиційної системи.

Порожнина середнього вуха людини пов'язана з носоглоткою, так званою євстахієвою трубою. Якщо підйом або зниження ПС здійснюється повільно, то тиск повітря В середньому вусі встигає вирівнятися із зовнішнім тиском. При швидких еволюціях підйому ПС на висоту або його зниження, а також при захворюванні у людини носоглотки тиск повітря в середньому вусі не встигає вирівнятися з тиском атмосфери, внаслідок чого барабанна перетинка випинається або втягується всередину, що викликає відчуття болю і закладання у вухах. У цьому випадку треба робити ковтальні рухи для збільшення прохідності повітря через євстахієві труби і поліпшення "вентиляції" середнього вуха.

За норму швидкості зміни тиску в пасажирській кабіні, беручи до уваги умови комфорту і відсутності будь-яких болісних відчуттів у пасажирів із здоровим організмом, прийнята швидкість 24 Па/с.

З урахуванням цього показника необхідна вертикальна швидкість зміни тиску під час набирання висоти має складати: на висоті 0 м - 2 м/с; 500 м - 3,3 м/с; 10000 м -5,9 м/с.

Зниження парціального тиску кисню у повітрі, яке вдихається з підйомом на висоту, відбувається пропорційно зменшенню атмосферного тиску. Цю обставину необхідно враховувати при розгляді питань забезпечення життєдіяльності екіпажу і пасажирів, які виконують політ на будь-якому із сучасних висотних ПС.

Відомо, що вміст кисню в повітрі з підйомом на висоту залишається незмінним. Чому ж його не вистачає для дихання, наприклад, на висоті 7000 м? Виявляється, що для підтримки нормальної функції дихання людини важливий не відсотковий вміст кисню в повітрі, а його парціальний тиск, тобто той тиск, який мав би кисень, якби він займав весь об'єм, який він зараз займає в суміші з іншими газами.

З підійманням на висоту падає парціальний тиск кисню в атмосферному повітрі, отже, він буде падати і в альвеолярному повітрі (в повітрі, що знаходиться в альвеолах легень). Це призведе до того, що перехід кисню повітря з альвеол у кров буде утрудненим, отже, кров буде бідніша на кисень і менше кисню одержать тканини організму.

Наприклад, зниження парціального тиску кисню в крові з 13332 до 9332 Па під час підйому на висоту біля 3000 м викликає падіння насичення крові киснем всього на 13 %. Організм людини на такі зміни тиску реагує майже безболісно. Однак на висоті приблизно 7000 м він уже не може справлятися із зростаючим падінням парціального тиску, брак кисню в крові викликає в організмі людини зміни, характерні для так званої висотної хвороби.

Симптомами висотної хвороби є: збільшення частоти пульсу (на висоті 7000 м - біля 130 ударів за хв); переривчасте дихання, поява млявості, сонливості, затруднення в розподілі та переключенні уваги. Іноді, навпаки, замість сонливості спостерігається підвищений настрій, їло пов'язано із зниженням критичного відношення до самопочуття і до навколишнього оточення, зниженням світлової чутливості очей і кольоро-відчуттів, слуху, особливо чутливості до високих тонів тощо.

Розвиток і ступінь проявлення висотної хвороби залежать від ступеня браку кисню, часу перебування на даній висоті та індивідуальних особливостей організму. Спеціальними тренуваннями можна збільшити опір організму висотній хворобі. Такі тренування проводить льотний склад підприємств цивільної авіації.

Висоту 8000 м умовно називають порогом смерті. На цій висоті й вище, якщо людина не захищена спеціальними пристроями або знаходиться поза герметичною кабіною, настає стан, коли розлади в організмі настільки великі, що навіть швидке зниження і подача кисню не зможуть відновити життєві процеси.

Час, що пройшов з моменту потраплення людського організму в умови браку кисню до появи в організмі різких розладів, які викликають непритомність, називають резервом часу. Стосовно його значення існують різні думки. Наприклад, на висотах 10000-12 000 м деякі дослідники цієї проблеми вважають, що він дорівнює 20-30 с, інші — не більше 10 с.

Водночас численні дослідження в галузі висотної фізіології показують, що до відомого ступеня кисневого дефіциту в навколишній атмосфері організм людини може пристосуватися за рахунок включення так званих "компенсаторних механізмів" (прискорювальні дихальні рухи, збільшення швидкості кровотоку, викидання у кров додаткової кількості еритроцитів з кров'яних депо і т.ін.) без істотного збитку для своєї життєдіяльності.

Однак можливості компенсації нестачі кисню в навколишньому середовищі далеко не безмежні, і для здорової людини вони обмежуються парціальним тиском кисню 98—100 мм рт.ст., що відповідає висоті біля 4000 м над рівнем моря.

Тому для всіх пасажирських літаків цивільної авіації, незалежно від висотності, встановлений мінімальний загальний барометричний тиск в герметичних кабінах, який дорівнює 567 мм рт.ст., що відповідає розрідженню атмосфери на висоті 2400 м над рівнем моря.

Цей розмір загального барометричного тиску в гермокабі-нах є тією межею, нижче якої тиск не може знижуватися на максимально доступні для кожного типу літака висоті польоту.

Максимальний загальний барометричний тиск у гермокабінах, який забезпечує необхідний парціальний тиск кисню у вдихуваному повітрі, дорівнює 118 мм рт.ст.

Температура повітря з підйомом ПС до визначеної висоти зменшується. Наприклад, на висоті 5000 м вона досягає мінус 17-18°С, а на висоті 12000 м - мінус 56°С. Зі збільшенням висоти також змінюється вологість повітря, а на висоті 6000-7000 м повітря майже зовсім сухе.

Організм людини важко переносить високі й низькі температури повітря, а також повітря підвищеної вологості або цілком сухе. На ПС, які мають герметичні кабіни вентиляційного типу, існує проблема утримання в повітрі робочої зони ПС атмосферного озону.

Основна маса атмосферного озону розташовується в стратосфері на висотах 16000-30000 м. У тропосферу озон проникає зі стратосфери в результаті динамічних і циркуляційних процесів і концентрація його на цих висотах непостійна. Вищі порівняно з екваторіальними концентрації озону в тропосфері виявляються в північних і полярних широтах внаслідок зниження висоти тропопаузи. У реальних умовах тропопауза схильна до великих варіацій за висотою і може змінюватися в будь-якому заданому пункті середніх і північних широт від 6500 до 12000 м. Зазвичай найбільші концентрації атмосферного озону в тропосфері й стратосфері спостерігаються у весняний період, а восени і взимку вони різко знижуються.

За результатами дослідження повітря гермокабін на наявність у ньому озону випливає, що його концентрація може перевищувати гранично допустимі розміри (0,1 мг/м) у 3-5 разів. Характерно, що наявність озону в повітрі гермокабін досліджуваних ПС виявлялася не за весь час польоту, а періодично, під час прольоту певних ділянок траси, де метеорологічна обстановка характеризувалася висотою тропопаузи, що розташовується нижче ешелону польоту ПС.

У зв'язку з тим, що озон є нестійкою хімічною сполукою, яка легко руйнується під дією температури в декілька сотень градусів, проблема озону у разі використання гермокабін може бути успішно вирішена під час досягнення досить високих температур у компресорах двигунів, звідки зазвичай відбирається вентиляційне повітря.

Так, наприклад, відомо, що, якщо температура компресійного повітря становить біля 500°С ("Конкорд"), "озонова небезпека" цілком відхиляється і це незважаючи на те, що виміри робилися в гермокабіні під час польотів на висотах 18000-20000 м, де концентрації озону значні.

У герметичних кабінах сучасних висотних пасажирських ПС мікроклімат має відповідати основним умовам, що регламентуються галузевими нормативними документами (ОСТ 54 30052-87 "Повітря робочої зони повітряних суден".

Наприклад, температура, відносна вологість і швидкість руху повітря, перепад температури по вертикалі і горизонталі кабін літаків і вертольотів мають відповідати нормам, наведеним у табл. 4.3.

Таблиця 4.3

Норма показників мікроклімату робочої зони повітряних суден

Примітки:

1. Максимальна відносна вологість відповідає мінімальній температурі, а мінімальна відносна вологість - максимальній температурі повітря.

2. Норми мікроклімату відповідають категорії робіт з енерговитратами до 150 ккал/год.

При цьому необхідно враховувати, що в більшості гермокабін вологість не регулюється і залежить також від кількості пасажирів на борту. Так, наприклад, у гермокабіні літака 1л-62 у семичасовому польоті на висоті 10000 м при наявності на борту 180 пасажирів відносна вологість знаходиться в межах 12—15 %, а у випадку недовантаження літака пасажирами може бути значно нижчою. Тому питання штучного зволоження повітря в гермокабінах є актуальним і його необхідно вирішувати.

Норми поділяються на оптимальні, допустимі і граничні. У разі забезпечення оптимальних норм температура захисних поверхонь ПС не повинна відрізнятися від температури повітря більше, ніж на 2°С, а у разі забезпечення допустимих норм - більше, ніж на 5°С. Гранична температура захисних поверхонь не повинна бути нижчою за 5°С і вищою за 45°С. Встановлюють такі норми мікроклімату:

- оптимальні - для повітря робочої зони герметичних кабін екіпажу ПС на етапі усталеного горизонтального польоту за всіх очікуваних умов експлуатації;

- допустимі - для повітря робочих зон ПС з герметичними кабінами на етапах зльоту, набирання висоти, зниження і посадки, а також для ПС з негерметичними кабінами на етапі усталеного горизонтального польоту за усіх очікуваних умов експлуатації;

- граничні - для повітря робочих зон ПС з герметичними і негерметичними кабінами на етапах наземної підготовки, а також для ПС з негерметичними кабінами на етапах зльоту, набирання висоти, зниження і посадки.

В особливій ситуації за ускладнених умов польоту встановлюють норми температури повітря робочої зони кабін екіпажу ПС з обмеженням терміну роботи льотного складу: при температурі повітря 31-35°С - 180-120 хв; 36-40°С -100-90 хв; 41^5°С - 60-30 хв; 46-50°С - 20-15 хв.

Максимальна тривалість роботи льотного складу відповідає мінімальній температурі повітря, мінімальна тривалість - максимальній температурі повітря.

Повітря, що подається в кабіну, має бути чистим і відповідати установленим вимогам.

Повітряні судна, які експлуатуються на висотах більше 3000 м, мають бути обладнані герметичними кабінами, Значення експлуатаційного надмірного тиску в кабіні має бути достатнім, щоб забезпечити в ній тиск, який відповідає висоті, що дорівнює не більше умовних 2400 м на максимальній висоті польоту ПС з урахуванням експлуатаційних допусків пристроїв, які регулюють тиск у кабіні.

Швидкості польотів пасажирських літаків за останні роки значно зросли, у зв'язку з чим перед авіаційною медициною виникло завдання глибокого і всебічного вивчення впливу прискорення на організм людини і пошук засобів, які б усували або пом'якшували його шкідливий вплив.

Сама швидкість на організм людини не впливає. У закритій пілотській кабіні або в пасажирському салоні швидкісного ПС людина може перенести будь-яку швидкість, якщо напрямок руху і сама швидкість залишаються незмінними. Але в польоті швидкість неодноразово змінюється як за значенням, так і за напрямком. Це відбувається при зльоті І набиранні висоти; розгоні, розворотах і кренах, зниженні для посадки на аеродром, пробігу після посадки, гальмування тощо.

У перелічених вище випадках виникають прискорення, які діють як на членів екіпажу ПС, так і на пасажирів. Чи небезпечні вони для людини і яке мають значення? Щоб відповісти на поставлені запитання, розглянемо їх вплив на людину докладніше.

Найчастіше прискорення, які виникають в польоті, це прискорення під час прямолінійного і криволінійного рухів. Під час прямолінійного руху можливі два види прискорень: позитивне і негативне.

Позитивне прискорення виникає при збільшенні швидкості за одиницю часу - прискорення направлене в бік руху (розбіг літака, пологе набирання висоти, розгін літака по прямій).

Негативне прискорення виникає під час сповільненого руху, коли швидкість зменшується за одиницю часу — прискорення направлене протилежно руху (зниження літака із зменшенням швидкості, пробіг з гальмуванням на смузі, зупинка тощо).

Прискорення, які виникають під час правильного зльоту й посадки, як правило, бувають в границях 9,81 м/с (одного g) — протягом декількох секунд. На екіпаж такі прискорення помітно не діють. У разі аварійного зниження літака і різкого гальмування під час посадки прискорення можуть бути значно більшими (досягають декількох десятків g).

Приклад. Підраховуємо негативне прискорення, яке може виникнути під час аварійної посадки літака на фюзеляж (з прибраним шасі). Візьмемо посадкову швидкість літака, що дорівнює 250 км/год, і шлях, пройдений фюзеляжем літака по бетонній смузі S=150 м. Тоді діятиме прискорення

α =(V₁²-V₀²)/2S,

Змінимо умови посадки і припустимо, що літак виконав посадку з тією ж швидкістю, але на пересіченій місцевості, причому шлях, пройдений ним, зменшився до 50 м, тоді

Як бачимо, в першому випадку значення прискорення виявилося невеликим, а у другому — збільшилось до 4,85 g.

Прискорення, які виникають під час криволінійного руху літака (наприклад, під час розворотів), залежать від швидкості польоту і радіуса кривизни.

Під час виконання екіпажем вимог, які відповідають настанові з виконання польотів, при криволінійному польоті виникають незначні прискорення. Вони знаходяться в межах значень, що не перевищують допустимі для безпеки людини.

У разі запланованого польоту літака (під час зльоту і набирання швидкості) прискорення, як правило, несприятливо на організм людини не впливають. Напрямок їхньої дії - сприятливий для організму, а їхні значення - незначні.

Дані лабораторних досліджень показують, що під час прискорення від 6,0 до 8,0 g у людей дещо утруднюється дихання внаслідок стиснення грудної клітини. Проте навіть коли прискорення дорівнює 12 % достатньої фіксації тулуба і голови будь-яких помітних порушень в організмі людини не спостерігається.

Найбільших значень досягають негативні прискорення у разі прямолінійного руху під час аварійних (змушених) посадок ПС.