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第10章 衣食住行在太空生活在太空(6)

上述给下身建立负压的服装在结构上有许多长处,比作用相同的固定(容积)囊要好。这种别具一格的服装可按预防心血管变化的要求延长减压时间。宇航员穿上这种服装,再以电缆与飞船的机载系统连接小缆长随意。所以宇航员几乎保有在轨道站内到处移动的自由,可以采取各种不同的体位来行使自己的专业职责。服装结构保证它可以长期使用,使用方便,内部通风良好。

本防护服设计真空度达8.6千帕(65毫米汞柱),装有活门,防止真空度突然上升到此极限值以上。

衣内建立负压之后,只要波纹部分折紧或橡皮绳拉紧即可产生出力量,作用在身上。在上述力的作用下,身体的腰一脚段压缩;若加用肩带,则其作用可延伸到整个脊柱上。裤管有一定刚性,因而阻碍腿部活动,也就是说,这种服装兼有加载防护服所固有的性能。

在衣内建立负压可产生一种头向上转身的感觉。促成这种感觉的不仅是压力的重新分布,而且还有在脚掌上出现的压力。在用飞机模拟的重力状态下,重力防护服工作后,总是觉得足部所在之处为下方。

作用在身上的压力与衣内真空度成正比。真空度约6.6千帕(50毫米汞柱)时,作用在身上的压力等于450~550牛。此时,腿部移动困难,其动能显著增长。然而,静息状态下,当真空度在40千帕以下时,动能的消耗并不发生变化。

飞行后防护服

飞行后防护服用于长时间处于失重条件之后转入垂直方向体姿时预防血液循环障碍,如下图。

飞行后防护服的作用在于:-其衣囊充满气体时可在下肢周围建立一定的余压,阻止血液在腿关节中聚积,从而改善大脑供血。

飞行后防护服系裤子形式防护服,膝部及裆部留有开口。衣囊充满气体时可对腿部有关部分施加机械压力。

为便于穿脱,服装左右两侧装有拉链。服装可通过绳带调节,借以改变尺寸。

试验测定,衣囊压力在4.6~9.3千帕(35~70毫米汞柱)范围内时效果最好。

充气装置由橡皮球、压力表、软管及插头和插座组成。充气装置与防护服以插头、插座相连。

飞行后防护服穿在内衣外面。宇航员于着陆后给服装充气,以防腿部淤血。

全压服的作用应急全压服系航天飞行器乘员的个人防护装备,在下列情况下与生命保障系统配套使用:

座舱突然失去气密性;座舱内空气组分温度条件遭到破坏;应急离开航天飞行器。

全压服也是一种具有多种用途的装备,不仅可以预防低气压的有害作用,而且也能保温和散热,弹射时可防迎面强气流吹拂,落在水里又可提供浮力。

全压服的特点使其应用比较复杂。

全压服内必须经常通风换气。

全压服于建立起余压后限制人体活动。

舱内设备的布局要考虑到全压服之受限的活动范围,同时也要适应全压盔面板处于闭位时使用全压服的要求。

由于全压服及其系统既重要又复杂,对它的要求也就很高。在具体场合下,上述要求也可以补充或更改,这与航天飞行器的结构和用途有关。

在国内外已有经验的基础上,可对全压服提出下列共同要求:

1.高度的使用可靠性。

2.良好的活动性。

3.重量和体积要尽量小些。

4.维护简便,可以修理。

5.失火时要安全。

6.在给定的振动和温度范围内具有良好的防振性能和热稳定性。

7.全压服及其零部件的强度应具有2.5~3的安全系数。

8.可用手动方式调节衣内压力和通风空气的温度。

9.可不靠他人帮助迅速脱下(2-3分钟),最好能在5~6分钟内自行穿在身上。

10.飞行中,全压服在气密座舱内不应限制人体活动;座舱失去气密性,因而服装内有余压时,宇航员应能操作各种必须要用到的手柄、推拉开关和按钮。

11.全压服不应妨碍宇航员在地面行走时的动作。

12.为了提供利用全压服时所需的生活条件和使参量合理化可采用下列数据:

为了预防高空疼痛,选取不大于7千米(41千帕,308毫米汞柱,0.4千克力/厘米2)的设计高度;根据保证地面高度呼吸条件p02=14.6千帕(110毫米汞柱)的要求,选择不大于10千米(26.2千帕,197毫米汞柱,0.27千克力/厘米2)的工作高度;从保证p02=10.9千帕(82毫米汞柱)出发,短时间飞行(2小时以下)的工作高度限于11千米(22.4千帕,169毫米汞柱,0.22千克力/厘米2);飞行时间在15分钟以下时,最大高度为12千米(19.5千帕,147毫米汞柱,0.19千克力/厘米2),以保证p02=8千帕(60毫米汞柱)。

13.全压服头盔内的二氧化碳分压不得超过2~2.8千帕(15~21毫米汞柱)。盔内空气湿度宜维持在40%~70%范围内。

全压服的设计要求

根据航天飞行器的不同用途和飞行条件,有可能对全压服提出下述特殊要求:

1.应急(弹射)时全压服结构应允许采取必需的体姿;迎面强气流防护(表速400~600千米/小时);2.冬日防寒的能力;意识丧失情况下自动转入呼吸大气空气的能力;在衣内存放各种个人随身用品(武器、信号器等等)的能力;3.水上生存过程中的漂浮和保温能力;使用救生船及生存口粮和用品的能力。

应急全压服的结构

成套全压服的主要组成部分有:受力层、头盔、罩衣、通风系统、贴身内衣、保温服、手套、鞋袜,仪表、通讯手段、救生手段。

全压服质量的比较评价宜分两部进行:全压服本身(受力层、通风系统、头盔、手套)和成套全压服(全压服本身、罩衣、贴身内衣、保温服、鞋袜、救生及通讯手段)。

应急全压服的受力层

对受力层的基本要求有强度、气密性和活动性。

全压服受力层一般包括受力层本身(多层或单层)、受力系统、接插件和仪表。

多层结构受力层:由作用不同的数层结构组成(受力层、气密层、衬里)。

为便于穿脱,受力层上做有开襟,其气密性由掩襟实现,后者于穿上全压服后系起来。

掩襟以气密织物制造。有些全压服,衣襟上装有气密拉链,这时就没有采用掩襟的必要了。

受力层承受衣内余压产生的拉伸应力。

制造受力层的织物必须具有规定的强度且耐撕性能良好(撕裂阻力应不小于100牛)。

有些全压服采取坚固的合成纤维(如达可纶,即涤纶)线做的网状材料制造受力层。网状材料应用简单。纵向应力由沿躯干和四肢分布的带子承受。具有网状受力层的全压服对身体活动的限制较小。

气密层用不透气材料制造。对这种材料的基本要求为不透气、抗撕裂、高弹性伸长率及抗刺。

橡胶具有良好的气密性及塑性,伸长率大,但撕裂性能较差。涂胶针织品大体上可满足上述要求。

单层受力层:系既起受力作用又起气密作用的受力层,用具有所需强度的气密织物制造。先将布料裁成衣片,再将之粘接妥贴,最后缝好。为保证缝合部气密性,其上粘以涂胶织物。

缝合部的强度一般不超过基础织物强度的80%~90%,最低强度(工艺疵病所致)约为其60%~70%。

受力系统:全压服内的余压会牵拉受力层织物。为限制这种拉伸力的作用,采用受力系统。受力系统也用来按身高调节衣长。用于制造受力系统的材料有钢索、带子和绳子。

全压服尺码:全压服分几个典型尺码制造,借受力系统改变全压服某些部分的丧度即可调节衣长,以适应不同的身高。通常要调节的有躯厂部、腿部和袖子的长度以及头盔的位置。

根据身高适当地调节全压服的衣长有很大意义。减少尺码导致调节后皱褶增加,结果使活动性能恶化。故航天全压服受力层常常根据具体宇航员的人体测量尺寸制造。

全压服的关节:活动性乃判断全压服质量好坏的基本依据之一。穿全压服情况,必须保证人体及四肢的各种活动。而且,实现运动时用的力不能大,以防疲劳(依照生理学家的建议,弯曲关节的力一般不超过人能使出之力气的20%)。

穿全压服者的活动性借各种关节保证。关节的结构取决于所作运动的性质。

穿脱全压服的装置

a)掩襟;b)可分式气密拉链关节设计的主要课题是减少限制活动。关节还应结构简单,可依身高调节好衣长,而且能重复人体的运动。时下采用的各种关节可保证单一平面上弯曲、转弯(旋转)或旋转在一两个平面上弯曲(复合关节)。

允许在单一平面上弯曲的关节在全压服上得到了广泛采用,这种关节容易制造又能满足要求。

网状全压服压力层

“手风琴”式关节做成由紧固件承受纵向应力的形式。其活动性取决于“风箱”褶子的几何形状、关节直径及材料的弹性。

“桔瓣”式关节单平面弯曲性能良好,用于保证肘部的活动性。

转动关节:可作旋转运动,用于颈、肩、腕部位。旋转借助轴承实现。

复合关节:系由两个关节组成,一个管旋转,另一个司弯曲。

全压服的头盔用途及要求:全声服头盔必须保证气密、防碰撞、防噪声以及必要的视野。

依据头部人体测量尺寸制造的全压服头盔,重量应尽量压低。宇航员应能自行摘戴头盔而无需他人帮助。

头盔的重量乃是描述其应用特点之最重要的因素。全压服内没有压力时,头盔的重量全落在宇航员的肩上,使之不适。重量在2500克以上的头盔即认为是过重了。

防噪声问题也很现实。在动力上升阶段,航天飞行器舱内噪声水平可达100分贝。

对于每天8小时的宇航员工作条件来说,允许噪声水平不大于70分贝、1000赫兹。

噪声防护借头盔结构实现。

头盔面板玻璃与潮湿空气接触时可能结雾,可采用双层玻璃及电加温,即两层玻璃间夹有金属丝网或导电膜。

头盔结构形式:现有头盔可分为固定式(钟罩状)和活动式(转动式),后者可槊在气密轴承(颈圈座)上,作旋转运动。钟罩形头盔又有可摘下和不能摘下的区别。这种头盔体积较大(直径300~320毫米),以便头部能在盔内转动,头盔因所用材料不同,又有软式和硬式之别。

全压服的罩衣

穿在应急全压B眇L面的罩衣用来防止全压服防护层受到机械损伤和固定及存放必要的应急手段和宇航员随身物品。

对罩衣纺织材料有如下要求:

抗撕阻力不少于100牛;断裂应力1.5~2千牛(试样布条宽度为5厘米);织物质量不大于120~150克/米2;在座舱环境内能自熄。

此外,织物应具有整洁的外观并能清洗。

罩衣取宽松连身工作服形式,应便于脱下,同时保证能利用衣上附带的物品及装具。衣服的颜色据全压服的用途选用。例如,预计可能遇到水上漂浮情况的全压服染成鲜艳的桔红色,以求在海水背景上容易看到。

全压服的通风服

包括在成套全压服之内的通风服保证全压服内部通风和人体排出水分及代谢产物的清除。进入通风服的空气可以维持人体体温。

通风服应满足下列基本要求;保证将人体排出的水分蒸发掉;防止人体过冷及过热;流体阻力小;与其他装备协调且不限制身体运动。

通风服气源应允许依据个人温热感自行在10~30℃范围内调节供气温度。供气温度低于10℃时可能着凉、感冒。供气量大小取决于环境温度高低,在25~39℃条件下,供气量不超过100~150升/分。温度更高或更低时,供气量可增加至250~300升/分。通风服人口空气压力应与通风系统流体阻力相等。对当前的通风服来说,这个参量的值在供气量为200升/分时为0.9~2千帕(7~15毫米汞柱),且于供气量变化时按平方律变化。

通风服的结构:通风空气通过人口歧管进入服装,再借助气体分布管路输送至周身各处。通风空气流动的空间(通风间隙)一侧受全压服的约束,另侧为身体所局限。

全压服内可采用分别通风系统或共同通风系统。采用分别通风系统时,送人头盔的一般是呼吸用的氧气,而身躯则用空气通风。全压服内的各种气体通过活门排出。在共同通风系统内,气体系通过一个人口孔进入全压服内的通风间隙。

按全压服内空气分布方法,可将通风服分为软管式、贴身式和混合式三种。在软管式通风系统中,空气系沿内径不变的细管分布到身体各处。

具有贴身式通风系统的通风服做成连身工作服式,可覆盖全身。这种通风服由两层不透气的衣体构成,空气在其间循环流动。空气通过内层上的小孔流向身体各处。

具有混合通风系统的通风月艮由连身式衣体、汇流管、软管和布气衣片组成。连身式衣体由既轻薄又牢固的织物制成,全部通风系统都固定在它上面。汇流管用以储存送入的通风空气,再将之分布到周身各部位。

通风服的效率在很大程度上取决于通风空气的合理分配。通常的比例是:臂部——20%、胸部——5%、腹部——5%、背部——5%、腰部——5%、大腿——10%、小腿——5%、脚掌——35%。

通风服的最大缺点是大部热量系借蒸发方式排出。长时间穿用通风服可因水分丧失过多而导致机体脱水。

全压服的手套

手套用以保护手、腕部分,使之不受低压、低温和过热的有害作用。

座舱失去气密性而内部变冷时,手、腕部的保温问题显得非常重要。对手套的要求如下:

对手指及腕部活动的限制应尽量小;有保证手部通风的装置;可自行脱戴;破损时,全压服内余压不得因之降低。

对于设计师来说,制造允许手、腕部作必要动作的手套乃是一项必须严肃认真对待的任务。全压服手套系由橡胶气密手套、受力手套、折叠式关节、滑动钢索系统、紧固横带、断接环及外套组成。

橡胶气密手套系用具体穿用者的手部模型成形,关节部位有隆起,腕部不同程度的运动由带有滑动钢索系统的折叠式关节保证,钢索则与断接环相连。手套本身上装有断接环及气密轴承,后者可保证3600旋转。五指受力手套系限制性部件,装于腕部近旁,遮住掌部,用特制的外套保护折叠式关节的气囊。

全压服手套

1.卫生手套;2.橡胶气密手套;3.紧固横带;4.无指受力手套;5.断接环全压服的鞋袜鞋袜用来保护双脚,使之免于过冷、过热或遭受机械损伤。

全压服系统可采用皮鞋(或皮靴),穿在全压服衣体外;也可采用连在衣体上的皮靴(与之形成整体的结构)形式或发射场用鞋。

在前苏联,加加林的全压服采用了可以脱下的皮鞋。皮鞋用铬鞣革制造,鞋底采用减重泡沫橡胶。鞋重0.8千克。

不可脱式靴子及受力层以相同的织物制造,在踝关节处用绳带系在一起。不可脱式靴子穿在气密层外,气密层的脚掌部粘有一层织物。

发射场用鞋于飞行准备及训练过程中使用,进入飞船时脱掉。发射场用鞋用皮革制造,取暖靴形式。

全压服的仪表附件

全压服上装有一系列调节器,用以维持衣内余压及保证其正常工作。其中首要的是压力调节器、安全活门、监控仪,表(气压表及空气消耗量指示器等等)。

压力调节器:压力调节器有下述功能:在一切高度上维持给定的全压服内余压,压力过大时从全压服内排出多余的空气。

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