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飞机在万米高空飞行,机舱里的氧气是哪来的?供氧原来如此简单!

2024-10-28科技

飞机如今是常见的交通工具,但你思考这样一个问题吗? 在封闭的机舱内,飞机是如何为数百人提供充足氧气的?

众所周知,随着 海拔的升高,空气变得越来越稀薄,氧气含量也会越来越低 ,而飞机的巡航高度通常在一万米左右,有时甚至更高,达到一万两千米,要知道,世界最高峰也才八千多米而已。

那么,在这样的高度上,通常来讲,空气中的氧气含量已经非常低了,但国际航班却能在这样的高空中,连续飞行数十个日夜,而飞机上上乘客也丝毫不会有缺氧问题,这究竟是如何做到的?

机内氧气从何而来?

首先我们来做个假设, 如果氧气只由机舱内部提供 ,那么按照常理,随着飞机攀升至高空,舱内氧气逐渐被消耗, 乘客就需要全程佩戴氧气面罩 ,直到飞机降落才摘下。然而,现实中的情况并非如此,因此这表明氧气的来源并非仅限于机舱内部。

既然机舱内部不是氧气的唯一来源,飞机在高空飞行时, 外部的空气怎么进入机舱?

氧气的来源,正是依靠飞机的心脏—— 发动机系统 ,它拥有 精密的空调系统。

外部的空气通过发动机的扇叶被吸入 ,随后在发动机内部的压气机中经历 层层压缩 。这个过程,就像是对空气进行一次深度的"充电",使其从高空的稀薄状态恢复到接近地面的浓度。

飞机发动机系统压缩空气的过程,不仅涉及到物理形态的改变,还涉及到 温度和湿度的精细调控

在压缩过程中,空气的体积迅速减小,随之而来的是 温度急剧升高 。有时,空气的温度甚至可以飙升至数百摄氏度,这样的高温空气显然是不适合直接呼吸的。因此,经过压缩的空气必须 通过飞机的空调系统进行进一步处理

空调系统不仅负责调节空气的温度,使其达到适宜人体呼吸的水平,还负责 过滤空气中的杂质 ,确保最终输送到机舱的空气既纯净又安全。

值得注意的是,飞机上的空气在经过处理后,实际上是经过了 脱水处理 的。这也是为什么许多乘客在长途飞行后,会感觉到皮肤变得干燥。脱水处理有助于减少机舱内的湿度, 防止冷凝水的形成, 从而避免可能对飞机结构和设备造成损害的潮湿环境。

二氧化碳如何排放?

既然我们已经知道,乘客在飞机上呼吸的氧气来源于飞机的发动机系统,那么 呼吸中排出的二氧化碳都去哪儿了?

事实上,飞机的通风系统,不仅调节含氧量和湿度,还负责 空气的循环 ,这个系统确保了乘客在飞行过程中能够呼吸到新鲜空气,同时将产生的二氧化碳有效地排出。

通过客舱内的通风口, 新鲜空气被均匀地分配到整个客舱 。随着新鲜空气的不断循环,客舱内的二氧化碳浓度被稀释,得以保持在一个安全的水平。

同时, 飞机的通风系统设计有专门的排气口 ,用于将客舱内的废气排出,这些废气包括乘客呼吸产生的二氧化碳和其他挥发性有机化合物。飞机在飞行过程中也会保持一定的舱内压力,这就要求通风系统在吸入新鲜空气的同时,也要排出等量的废气,以保持压力平衡。

最后,在空气排出之前,通常会通过高效的过滤系统,以 去除污染物和微生物 ,确保排出的空气不会对外部环境造成影响。飞机的环境控制系统会持续监控客舱内的空气质量,包括二氧化碳的浓度,并通过调节空气的吸入和排出,保持空气质量的稳定。

飞机缺氧的后果

说了这么多,有朋友也许会好奇,假如这套系统失灵,导致缺氧或失压,会发生什么?

我们知道,飞机上的氧气供应系统,其核心依赖于发动机的正常运行。所以只要发动机运转正常,理论上飞机就能持续不断地为乘客提供所需的氧气。然而,这同时也意味着, 一旦发动机发生故障,机舱内的氧气供应将面临中断的风险。

在这样的情况下,飞机在高空中可能遭遇失压和缺氧的紧急状况,这种状况的后果极为严重,对机舱内的人员来说,生存的可能性将大大降低,缺氧会导致乘客和机组人员出现 头晕、呼吸困难,甚至意识丧失等症状,严重时可能危及生命。

例如,在1999年,美国一架注册编号为N47BA的飞机不幸遭遇了坠机事故。事故调查揭示了一个关键的发现: 飞机起飞时,流量控制阀处于关闭状态。

流量控制阀是飞机发动机系统中一个至关重要的组件,负责调节发动机的进气压力和燃油供应。当这个阀门关闭,随着飞机攀升至4500米的高度, 机舱内便发生了失压和缺氧

失压和缺氧,这两种情况常常相伴而生,失压几乎总是伴随着缺氧,但在飞机上,缺氧的原因远不止失压一种。发动机的故障或在全功率运行状态下,同样可能引发机舱内的氧气供应不足。

面对这样的紧急情况,机长必须迅速采取应急措施。 降低飞行高度是常见应对策略 ,因为随着高度的下降,外部大气中的氧气浓度会相应增加,从而缓解缺氧的状况,确保乘客的安全。

不过,倒也不必过于忧心,不要小觑飞机的供氧能力,除了发动机提供的氧气之外,机舱内还装备了 另一套独立的应急氧气供应系统。 这一系统的存在,为乘客提供了额外的安全保障。

在紧急情况下, 机舱内的氧气面罩会自动脱落 ,为乘客提供必要的氧气。这种氧气面罩在电影中屡见不鲜,它们在飞机遇到紧急情况时,从座位上方弹出,空姐会指导乘客保持冷静并迅速戴上面罩。

氧气面罩之所以能够供应氧气,是因为它们背后连接着一个由氧化钡、氯酸钠和氯酸钾组成的化学氧气发生器,通常被称为 「氧气蜡烛」 。当乘客拉动面罩时,会触发化学反应,这些化学物质在加热过程中稳定地释放氧气。

虽然氧气面罩是飞机上的最后防线,但它 提供的氧气是有限的 。化学反应一旦结束,面罩中的氧气也就随之耗尽。

尽管如此,氧气面罩通常 能够提供大约十几到二十分钟的氧气 ,这对于飞机上的乘客来说,已经足够应对大多数紧急下降或着陆的情况。这段时间的氧气供应,为乘客和机组人员争取到了宝贵的时间,以确保飞机能够安全地降低到氧气浓度较高的飞行高度。

总结

综上所述,飞机的氧气供应系统的确是一个精心设计的工程奇迹,它确保了乘客在高空飞行时的氧气需求,还有效管理了舱内的空气流通,这对多数人来说稀松平常,但背后却体现了无数工程师们的心血。

当然,大家也不需要对飞机上缺氧的事太过担心,因为 飞机的设计者也充分考虑了紧急情况下的安全措施 ,以最大限度地减少缺氧和失压带来的风险。最后希望大家在以后坐飞机的旅途中都用不到氧气面罩,能够顺利出发,平安落地。