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客室与圧とは、高高度を飛行する人間にとって安全で快適な環境を作り出すために、航空機や宇宙船の客室に調整された空気を送り込むプロセスです。航空機の場合、この空気は通常、コンプレッサー段階でガスタービンエンジンから排出され、宇宙船の場合は高圧の、多くの場合極低温のタンクで運ばれます。空気は、客室に分配される前に、 1つまたは複数の環境制御システムによって冷却、加湿、再循環空気と混合されます。 [1]
最初の実験的な与圧システムは、1920年代から1930年代にかけて使用されました。1940年代には、与圧キャビンを備えた最初の民間航空機が就航しました。[2]この慣行は、10年後、特に1949年に英国のデ・ハビランド コメット ジェット旅客機が導入されたことにより、広く普及しました。しかし、1954年に2回壊滅的な故障が発生し、コメットは一時的に世界中で運航停止となりました。[3]これらの故障は調査され、加圧によって生じた進行性金属疲労と機体外板の応力の組み合わせが原因であることが判明しました。改良されたテストには、水タンク内で胴体全体の複数の実物大の与圧サイクル テストが含まれ、[3]得られた主要なエンジニアリング原理は、その後のジェット旅客機の設計に適用されました。
航空機によっては、通常とは異なる加圧が必要となる場合があります。たとえば、超音速旅客機コンコルドは、客室高度を 6,000 フィート (1,829 メートル) に維持しながら、最高 60,000 フィート (18,288 メートル) という通常とは異なる高高度を飛行するため、圧力差が特に大きくなりました。このため機体の重量が増加し、減圧イベントが発生した場合に減圧速度を遅くするために客室の窓が小さくなりました。
1988年に発生したアロハ航空243便の事故では、飛行中に客室に壊滅的な故障が発生したボーイング737-200が関与していたが、この事故は、機体が耐えられるように設計された飛行回数の2倍以上を積み重ねていたにもかかわらず、航空機が運航を継続したことが主な原因であった。[4]
ボーイング 787 ドリームライナーやエアバス A350 XWBなどの最近の航空機では、乗客の快適性を高めるために、運航客室高度を下げ、湿度レベルを高めています。複合材の機体を使用することで、このような快適性を最大限に高める手法の採用が促進されています。
客室与圧の必要性
海抜10,000 フィート (3,048 メートル) を超える高度では、外気圧が低いために起こるさまざまな生理学的問題のリスクから乗務員や乗客を守るために、与圧がますます必要になります。米国で運航する民間航空機の場合、客室高度 (気圧の表し方、下記参照) が 30 分以上 12,500 フィート (3,810 メートル) を超える場合、または客室高度が 14,000 フィート (4,267 メートル) に達する場合は、乗務員は酸素マスクを使用する必要があります。15,000 フィート (4,572 メートル) を超える高度では、乗客にも酸素マスクを提供する必要があります。民間航空機では、客室高度を 8,000 フィート (2,438 メートル) 以下に維持する必要があります。貨物倉の加圧は、圧力に敏感な貨物が再加圧時に漏れたり、膨張したり、破裂したり、押しつぶされたりするのを防ぐためにも必要です。[引用が必要]主な生理学的問題を以下に示します。[引用が必要]
- 低酸素症
- 高地では酸素分圧が低くなるため、肺胞酸素分圧が低下し、ひいては脳の酸素分圧も低下し、思考力の低下、視力の低下、意識喪失、そして最終的には死に至る。[要出典]一部の人、特に心臓病や肺疾患のある人の場合、症状は5,000フィート（1,524メートル）の低高度でも始まることがあるが、ほとんどの乗客は8,000フィート（2,438メートル）の高度でも悪影響を受けない。この高度では、酸素は海面よりも約25％少ない。[5]
- 低酸素症は、酸素マスクまたは鼻カニューレを介して酸素を補給することで対処できます。加圧しない場合、十分な酸素を高度約 40,000 フィート (12,192 メートル) まで供給できます。これは、海抜 0 メートルでの生活に慣れている人が正常に機能するには約 0.20 bar (20 kPa、2.9 psi)の酸素分圧が必要であり、呼吸する空気中の酸素のモル分率を増やすことでその圧力を高度約 40,000 フィート (12,192 メートル) まで維持できるためです。高度 40,000 フィート (12,192 メートル) では、周囲の気圧は約 0.2 bar まで低下し、その時点で最小酸素分圧 0.2 bar を維持するには、酸素マスクを使用して 100% の酸素を呼吸する必要があります。
- 航空機の客室内の緊急酸素供給マスクは、ほとんどの飛行が 40,000 フィート (12,192 メートル) 未満であるため、圧力要求型マスクである必要はありません。その高度を超えると、酸素分圧は 100% 酸素であっても 0.2 バール未満に低下し、低酸素症のリスクを回避するために、ある程度の客室加圧または急降下が必須になります。
- 高山病
- 過換気は、低酸素症に対する身体の最も一般的な反応であり、血液中の酸素分圧を部分的に回復させるのに役立ちますが、二酸化炭素（CO 2）の放出も引き起こし、血液の pH を上昇させてアルカローシスを引き起こします。乗客は、疲労、吐き気、頭痛、不眠、さらには（長時間の飛行の場合）肺水腫を経験する場合があります。これらは登山者が経験するのと同じ症状ですが、動力飛行の時間は限られているため、肺水腫が発生する可能性は低いです。高山病は、ヘルメットとフェイスプレートを備えた完全与圧服（加圧環境で身体を完全に包む）によって制御できますが、これは商用の乗客には非現実的です。
- 減圧症
- ガス（主に窒素（N 2 ）だが他のすべてのガスを含む）の分圧が低いと、血流中の溶解ガスが沈殿し、ガス塞栓症、つまり血流中の泡が発生することがあります。このメカニズムは、圧縮空気ダイバーが深海から浮上する場合と同じです。症状には、「減圧症」の初期症状（疲労、物忘れ、頭痛、脳卒中、血栓症、皮下の痒み）が含まれる場合がありますが、その完全な症状が出ることはまれです。減圧症は、高山病と同様に、完全加圧スーツで制御することもできます。
- 気圧外傷
- 飛行機が上昇または下降すると、体内に閉じ込められたガスが膨張または収縮するため、乗客は不快感や激しい痛みを感じることがあります。最も一般的な問題は、耳管または副鼻腔が詰まることによって中耳（空気耳炎）または副鼻腔に閉じ込められた空気によって発生します。また、消化管や歯（歯槽膿漏）に痛みを感じることもあります。通常、これらは実際の外傷を引き起こすほど深刻ではありませんが、飛行後も耳の痛みが続く可能性があり[6] 、気胸などの既存の病状を悪化させたり、促進したりする可能性があります。
客室高度
客室内の圧力は、技術的には等価有効客室高度、またはより一般的には客室高度と呼ばれます。これは、国際標準大気などの標準大気モデルに従って、同じ大気圧を持つ平均海面からの等価高度として定義されます。したがって、客室高度がゼロの場合、平均海面での圧力は101,325 Pa（14.696 psi、29.921 inHg）になります。[7]
航空機
旅客機では、機体の加圧部分にかかるストレスを軽減するため、飛行中の客室高度は海抜より上に保たれます。このストレスは客室内外の圧力差に比例します。一般的な商業旅客飛行では、客室高度は出発空港の高度から規制最高高度 8,000 フィート (2,438 m) まで徐々に上昇するようにプログラムされています。この客室高度は、航空機が最大高度で巡航している間は維持され、その後降下中に客室気圧が目的地の周囲の気圧と一致するまで徐々に低下します。[引用が必要]
客室高度を8,000フィート（2,438メートル）未満に保つことで、一般に重大な低酸素症、高山病、減圧症、気圧外傷を防ぐことができます。[9]米国 連邦航空局（FAA）の規制では、通常の運航条件下では、航空機の最大運航高度で客室高度がこの制限を超えてはならないと定められています。[10]この義務的な最大客室高度によってすべての生理学的問題がなくなるわけではありません。気胸などの症状のある乗客は完全に治るまで飛行しないよう勧められており、風邪やその他の感染症を患っている人は耳や副鼻腔に痛みを感じることがあります。[要出典]人間は内耳や副鼻腔の圧力変化に敏感であるため、客室高度の変化率は快適性に大きく影響し、これを注意深く管理する必要があります。スキューバダイバーがダイビング後の「飛行禁止」期間内に飛行機に乗ると、体内に蓄積された窒素が機内の気圧低下にさらされて泡を形成する可能性があるため、減圧症になる危険があります。
ボーイング767の客室高度は、高度37,000フィート（11,278メートル）を巡航しているとき、通常約7,000フィート（2,134メートル）です。[11]これは古いジェット旅客機では一般的です。多くの（すべてではありませんが）新しい航空機の設計目標は、古い設計よりも低い客室高度を提供することです。これは乗客の快適性にとって有益です。[12]たとえば、ボンバルディア・グローバル・エクスプレス・ビジネスジェットは、高度41,000フィート（12,497メートル）を巡航しているときに、4,500フィート（1,372メートル）の客室高度を提供できます。[13] [14] [15]エミベストSJ30ビジネスジェットは、高度41,000フィート（12,497メートル）を巡航しているときに、海面レベルの客室高度を提供できます。[16] [17] [信頼できない情報源？エアバスA380型機による8回の飛行を調査したところ、客室気圧高度の中央値は6,128フィート（1,868メートル）であり、ボーイング747-400型機による65回の飛行では客室気圧高度の中央値は5,159フィート（1,572メートル）であった。[18]
1996 年以前には、約 6,000 機の大型商用輸送機に、高高度特別条件を満たすことなく 45,000 フィート (13,716 メートル) まで飛行できる型式証明が付与されていました。[19] 1996 年に FAA は修正案 25-87 を採用し、新型航空機の設計に高高度客室圧力の仕様を追加しました。25,000 フィート (7,620 メートル) を超える高度で運航することが認定された航空機は、「与圧システムに何らかの故障が発生した後でも、乗員が 15,000 フィート (4,572 メートル) を超える客室圧力高度にさらされないように設計されていなければなりません」。[20]「極めて起こりそうにないことが示されていないあらゆる故障状態」に起因する減圧が発生した場合、飛行機は、乗員が2分以上25,000フィート（7,620メートル）を超える客室高度にさらされたり、いかなる時点でも40,000フィート（12,192メートル）を超える高度にさらされたりしないように設計されていなければならない。[20]実際には、この新しい連邦航空規則の改正により、新たに設計された商用航空機の大部分に40,000フィート（12,000メートル）の運用上限が課せられている。[21] [22]航空機メーカーは、状況が正当であれば、この規則の緩和を申請することができる。 2004年、エアバスはFAAの免除を取得し、A380の客室高度が減圧事故の際に43,000フィート（13,106メートル）に達し、1分間40,000フィート（12,192メートル）を超えることを許可しました。これにより、A380は他の新しく設計された民間航空機よりも高い高度で運航できるようになりました。[21]
宇宙船
ロシアの技術者は、1961年のボストーク、1964年のボスホード、そして1967年から現在までのソユーズ宇宙船で、常に客室高度をゼロ近くに保った空気のような窒素/酸素混合物を使用した。 [23]これには、より重い宇宙船の設計が必要になる。なぜなら、宇宙船の客室構造は、宇宙の真空に対して1平方インチあたり14.7ポンド（1気圧、1.01バール）の応力に耐える必要があり、また不活性な窒素の塊を運ぶ必要があるためである。また、現在の柔らかい宇宙服は、適度な柔軟性を提供するために比較的低圧の純酸素で加圧されているため、宇宙飛行士が船外活動を行う際には減圧症を避けるための注意も必要である。 [24]
対照的に、米国は1961年のマーキュリー、1965年のジェミニ、1967年のアポロ宇宙船で主に減圧症を避けるために純酸素雰囲気を使用した。[25] [26]マーキュリーは客室高度24,800フィート（7,600メートル）（5.5psi（0.38バール））を使用しました。[27]ジェミニは高度25,700フィート（7,800メートル）（5.3psi（0.37バール））を使用しました。 [28]アポロは宇宙で27,000フィート（8,200メートル）（5.0psi（0.34バール））を使用しました。 [29]これにより、より軽量な宇宙船の設計が可能になりました。これが可能なのは、100%の酸素であれば、宇宙飛行士が正常に活動するのに十分な酸素が血流に届くためです。打ち上げ前の圧力は、ジェミニでは海面よりわずかに高い5.3psi（0.37bar）、アポロでは打ち上げ時に海面より2psi（0.14bar）高い一定圧力に保たれ、上昇中に宇宙船の高度まで移行した。しかし、打ち上げ前の高圧純酸素雰囲気は、アポロでの致命的な火災の危険の要因であることが判明し、1967年の地上テスト中にアポロ1号の乗組員全員が死亡した一因となった。この後、 NASAは手順を改訂し、打ち上げ時に客室高度ゼロで窒素/酸素の混合ガスを使用するようにしたが、宇宙では低圧純酸素雰囲気を5psi（0.34bar）に維持した。[30]
アポロ計画の後、米国はスカイラブで「74%の酸素と26%の窒素の混合気」を5psi（0.34バール）で呼吸するようにした[31] 。また、スペースシャトルオービターと国際宇宙ステーションでは14.5psi（1.00バール）の客室内雰囲気を使用した[ 32]。
力学
気密胴体は圧縮空気源を使用して加圧され、環境制御システム(ECS) によって制御されます。加圧用の圧縮空気の最も一般的な供給源は、ガスタービンエンジンの圧縮段からのブリード空気です。ブリード空気は低段、中段、または追加の高段から供給されますが、正確な供給段はエンジンの種類によって異なります。冷たい外気がブリード空気バルブに到達するまでに、約 200 °C (392 °F ) に加熱されています。高または低ブリード空気源の制御と選択は完全に自動で行われ、飛行のさまざまな段階でのさまざまな空気圧システムのニーズによって決まります。ピストンエンジンの航空機には、追加のコンプレッサーが必要です。右の図を参照してください。[34]
ECS に送られるブリード空気の一部は、膨張して客室の圧力まで上昇し、冷却されます。その後、 PAC (加圧空調) システムと呼ばれる熱交換器と空気循環装置を介して、圧縮された熱い空気から熱を戻すことで、最終的な適切な温度が達成されます。一部の大型旅客機では、客室内の他の部分よりも寒い部分を暖める必要がある場合、パックから来る空調された空気の下流に熱いトリム空気を追加できます。
完全な冗長性を確保するために、少なくとも 2 つのエンジンが圧縮されたブリード空気を飛行機のすべての空気圧システムに供給します。また、補助動力装置(APU) が装備されている場合は、緊急時や地上でメイン エンジンが始動する前に客室に空気を供給するために、そこから圧縮空気も得られます。今日のほとんどの最新の商用航空機には、手動のバックアップ制御システムとともに、与圧を維持するための完全に冗長化された二重の電子制御装置が搭載されています。
すべての排気は、通常、機体後部にある流出弁を介して大気中に放出されます。この弁は客室圧力を制御し、他の安全リリーフ弁に加えて安全リリーフ弁としても機能します。自動圧力制御装置が故障した場合、パイロットはバックアップ緊急手順チェックリストに従って客室圧力弁を手動で制御できます。自動制御装置は通常、流出弁の位置を常に調整して客室高度を適切なものに維持し、機体の最大圧力差制限を超えずに客室高度を可能な限り低くします。圧力差は航空機の種類によって異なり、一般的な値は 540 hPa (7.8 psi ) から 650 hPa (9.4 psi ) の間です。[35]高度39,000フィート（11,887メートル）では、客室の気圧は自動的に約6,900フィート（2,100メートル）（メキシコシティより450フィート（140メートル）低い）に維持され、これは約790ヘクトパスカル（11.5psi）の大気圧に相当します。[34]
ボーイング787ドリームライナーなどの一部の航空機では、ピストンエンジンの旅客機で加圧のために以前使用されていた電動コンプレッサーが再導入されている。[36] [37]電動コンプレッサーの使用により、エンジンの発電負荷が増加し、エネルギー転送の段階が複数導入される。[38]そのため、これによって航空機の空調システムの全体的な効率が向上するかどうかは不明である。しかし、客室の化学汚染の危険性がなくなり、エンジン設計が簡素化され、航空機の周囲に高圧配管を敷設する必要がなくなり、設計の柔軟性が向上する。
予定外の減圧
高度または宇宙空間で客室の圧力が予期せず低下することはまれですが、多くの死亡事故につながっています。故障は、機体の完全性が突然、壊滅的に低下すること（爆発的な減圧）から、客室の圧力が低下する原因となるゆっくりとした漏れや機器の故障まで多岐にわたります。
10,000 フィート (3,048 メートル) を超える高度で客室与圧に不具合が生じた場合は、最低セクター高度(MSA) を維持しながら 8,000 フィート (2,438 メートル) またはそれに近い高度まで緊急降下し、各座席に酸素マスクを着用する必要があります。酸素システムには、搭乗者全員に十分な酸素が供給されており、パイロットは 8,000 フィート (2,438 メートル) 未満まで降下するのに十分な時間があります。緊急酸素がなければ、低酸素症で意識を失い、その後、航空機を制御できなくなります。現代の旅客機には、コックピット内に加圧純酸素タンクが備わっており、パイロットは航空機を安全な高度まで上昇させる時間が増えます。意識を保てる有効時間は高度によって異なります。圧力が低下すると、客室内の空気温度も外気温まで急激に下がり、低体温症や凍傷の危険があります。
最大 30 分以内に安全高度に到達できない地形を飛行する必要がある航空機の場合、ほとんどの飛行機に装備されている化学酸素発生器では十分な酸素を供給できないため、加圧酸素ボトルが必須となります。
ジェット戦闘機ではコックピットが小さいため、減圧が非常に急激になり、パイロットが酸素マスクを装着する時間が取れない。そのため、ジェット戦闘機のパイロットと乗務員は常に酸素マスクを着用する必要がある。[39]
1971年6月30日、ソユーズ11号の乗組員、ソ連の宇宙飛行士ゲオルギー・ドブロヴォルスキー、ウラジスラフ・ヴォルコフ、ヴィクトル・パツァエフは、大気圏再突入前にキャビンの通気弁が誤って開いたために死亡した。[40] [41]
歴史
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与圧客室システムの先駆者となった航空機には、以下のものがあります。
- パッカード・ル・ペール LUSAC-11（1920 年、フランスの設計を改良したもので、実際には与圧されていないが、密閉された酸素濃縮コックピットを備えている）
- エンジニアリング部門 USD-9A、Airco DH.9Aの改造版（1921年 - 与圧コックピットモジュールを追加して飛行した最初の航空機）[42]
- ユンカース Ju 49 (1931年 - 客室与圧の概念をテストするために特別に作られたドイツの実験機)
- ファルマン F.1000 (1932年 - フランスの記録破りの与圧コックピット、実験機)
- チジェフスキー BOK-1 (1936 – ロシアの実験機)
- ロッキード XC-35 (1937 年 - アメリカの与圧航空機。コックピットを囲む圧力カプセルではなく、モノコック胴体外板が圧力容器でした。)
- ルナール R.35 (1938 – 最初の加圧ピストン式旅客機)
- ボーイング 307 ストラトライナー(1938 年 - 商業運航を開始した最初の与圧式旅客機)
- ロッキード コンステレーション（1943年 - 広く運用された最初の与圧式旅客機）
- アブロ チューダー(1946 – イギリス初の与圧式旅客機)
- デ・ハビランド コメット（イギリス、コメット 1 1949 年 - 最初のジェット旅客機、コメット 4 1958 年 - コメット 1 の問題を解決）
- ツポレフ Tu-144とコンコルド(それぞれ 1968 年ソ連、1969 年英仏共同開発 – 超高高度で初めて運用)
- セスナP210（1978年）最初の商業的に成功した与圧単発航空機[43]
- SyberJet SJ30 (2005) 高度 41,000 フィート (12,497 メートル) の海面キャビンを可能にする 12.0 psi 加圧システムを認定した最初の民間ビジネス ジェット。
1910年代後半には、より高い高度を達成するための試みがなされていた。1920年、オハイオ州デイトンのマクック飛行場で、テストパイロットのジョン・A・マクレディ中尉がパッカード・ル・ペールLUSAC-11複葉機で、 37,000フィート（11,278メートル）を優に超える高度での飛行を初めて達成した。[44]この飛行は、コックピットに貯蔵された酸素を放出することによって可能になったが、それは後に開発された酸素マスクではなく、密閉された客室に直接放出された。[44]このシステムにより、40,000フィート（12,192メートル）近くでの飛行は可能であったが、その高度では大気圧がないためパイロットの心臓が目に見えて拡大し、多くのパイロットがそのような高高度飛行による健康上の問題を報告した。[44]初期の旅客機の中には、定期飛行用の乗客用酸素マスクを備えていたものもあった。
1921年、ライトデイトン社のUSD-9A偵察複葉機が改造され、完全に密閉された気密室が追加され、小型の外部タービンによって空気が押し込まれて加圧できるようになりました。[44]気室には直径わずか22インチ (560 mm) のハッチがあり、パイロットは高度3,000フィート (914 m) でそれを密閉します。[44]気室には高度計1つしかなく、従来のコックピット計器はすべて気室の外側に取り付けられており、5つの小さな舷窓から見ることができます。[44]この飛行機を操縦する最初の試みは、再びジョン・A・マクレディ中尉によって行われました。マクレディ中尉は、タービンが空気を気室に押し込む速度が、備え付けられている小さな放出バルブで空気を放出する速度よりも速いことを発見しました。[44]その結果、気室はすぐに過剰加圧になり、飛行は中止されました。[44] 2度目の試みは、パイロットが高度3,000フィート（914メートル）で自分の身長が低すぎてチャンバーハッチを閉じることができないことに気づいたため、断念せざるを得なかった。[44]最初の成功した飛行は、最終的にテストパイロットのハロルド・ハリス中尉によって行われ、世界初の与圧航空機による飛行となった。[44]
与圧キャビンを備えて商業運航を開始した最初の旅客機は、第二次世界大戦前の1938年に製造されたボーイング307ストラトライナーであったが、戦争で生産が中断されるまでにわずか10機しか製造されなかった。307の「与圧室は機首から水平安定板のすぐ前方の後方圧力隔壁までであった。」 [45]
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第二次世界大戦は航空機開発のきっかけとなった。当初、第二次世界大戦のピストン航空機は、非常に高い高度を飛行することが多かったものの、与圧されておらず、酸素マスクに頼っていた。[46]これは、乗員がキャビン内を移動する必要のある大型爆撃機の開発により非現実的になった。高高度での使用のために与圧キャビンを備えた最初の爆撃機は、 1941年のビッカース ウェリントン マーク VIであったが、イギリス空軍は方針を変更し、この航空機はパスファインダーとして機能する代わりに他の目的に使用された。米国のボーイング B-29 スーパーフォートレス長距離戦略爆撃機が、最初に爆撃任務に就いた。この機の制御システムは、ボーイングがストラトライナー用に保有していた特許のライセンスを一部利用して、ギャレット AiResearch Manufacturing Companyによって設計された。[47]
戦後のピストン式旅客機、例えばロッキード コンステレーション（1943年）によって、民間サービスでこの技術がより一般的になりました。ピストンエンジンの旅客機は、一般的に電動コンプレッサーを使用して客室の加圧空気を供給していました。エンジンの過給と客室の加圧により、ダグラス DC-6、ダグラス DC-7、コンステレーションなどの航空機は、認定された実用上昇限度を 24,000 ～ 28,400 フィート（7,315 ～ 8,656 メートル）にできました。その高度範囲に対応する加圧胴体を設計することは、当時の工学および冶金の知識の範囲内でした。ジェット旅客機の導入には、巡航高度を 30,000 ～ 41,000 フィート（9,144 ～ 12,497 メートル）の範囲まで大幅に上げることが必要でしたが、その範囲ではジェットエンジンの方が燃料効率が高くなります。巡航高度の増加には、機体のより厳密な設計が必要となり、当初はすべての設計上の問題が完全に理解されていたわけではありませんでした。
世界初の民間ジェット旅客機は、実用上昇限度 36,000 フィート (11,000 メートル) で設計されたイギリスのデ・ハビランド コメット(1949 年) でした。この高度で窓付きの大口径与圧胴体が製造され、飛行したのはこれが初めてでした。当初、この設計は非常に成功していましたが、 1954 年に機体破損が 2 回発生し、機体、乗客、乗員が全損したため、当時は世界中のジェット旅客機全機が地上に留まりました。残骸の徹底的な調査と画期的な工学分析により、高度での与圧胴体設計の基本的な問題を解決する非常に重要な工学的進歩が数多くもたらされました。重大な問題は、機体が繰り返し応力サイクルを受ける際に進行する金属疲労の影響についての理解が不十分であることと、窓やリベット穴などの機体の開口部の周囲で航空機外皮の応力がどのように再分配されるかについての誤解が組み合わさったものであることが判明しました。
コメット1号計画から学んだ金属疲労に関する重要な工学原理[48]は、ボーイング707 （1957年）とその後のすべてのジェット旅客機の設計に直接適用されました。たとえば、外板の徹底的な目視検査に加えて、詳細な定期検査プロセスが導入され、オペレーターによる構造サンプルの採取が義務付けられ、肉眼では簡単に見えない部分を検査する必要性から、航空業界では広範囲にわたる放射線検査が導入されました。これには、他の方法では見えないほど小さな亀裂や欠陥を検出できるという利点もありました。[49]コメット事故のもう一つの目に見える遺産は、すべてのジェット旅客機の楕円形の窓です。コメットを破壊した金属疲労亀裂は、コメット1号のほぼ正方形の窓の小さな半径の角から始まりました。[50] [51]コメットの胴体は再設計され、コメット4（1958年）は成功した旅客機となり、初の大西洋横断ジェットサービスの先駆けとなったが、このプログラムはこれらの災難から完全に回復することはなく、ボーイング707に追い抜かれた。[52] [53]
コメット事故の後も、客室の与圧に起因する壊滅的な疲労破損がいくつか発生した。おそらく最も顕著な例は、ボーイング737-200を使用したアロハ航空243便だろう。[54]この場合、主な原因は、事故前に35,496時間の飛行時間を積んでいたにもかかわらず、特定の航空機の運航が継続されたことであり、その時間には、短距離飛行での使用による89,680回以上の飛行サイクル（離着陸）が含まれていた。 [55]これは、機体が耐えられるように設計された飛行サイクル数の2倍以上に相当した。[56]アロハ243便は、減圧によって大きな損傷を受けたにもかかわらず着陸することができ、その結果、客室乗務員1名が死亡した。この事故は航空安全政策に広範囲にわたる影響を及ぼし、運航手順の変更につながった。[56]
超音速旅客機コンコルドは、異常に高い高度（最大60,000フィート（18,288メートル））を飛行し、客室高度を6,000フィート（1,829メートル）に維持していたため、特に高い圧力差に対処する必要があった。[57]それにもかかわらず、客室高度は意図的に6,000フィート（1,829メートル）に維持された。[58]この組み合わせにより快適性は向上したが、コンコルドは大幅に重い航空機になる必要があり、それが飛行コストの相対的な高騰につながった。異例なことに、コンコルドは窓の密閉が壊れた場合に減圧速度を遅くするため、他のほとんどの民間旅客機よりも小さい客室窓が設けられていた。[59]また、巡航高度が高かったため、従来の旅客機で使用されていた連続流量マスクとは異なり、緊急用マスクに高圧酸素とデマンドバルブを使用する必要があった。[60]航空機の最低緊急降下率を強制するFAAは、コンコルドのより高い運航高度に関連して、圧力損失事故に対する最善の対応は急速降下を行うことであると判断した。[61]
新しい航空機の設計上の運航客室高度は低下しており、これにより残存する生理学的問題が軽減されると期待されている。ボーイング787ドリームライナーとエアバスA350 XWBの両旅客機は、乗客の快適性を高めるためにこのような改造を行っている。787の客室内圧力は高度6,000フィート（1,829メートル）に相当し、その結果、古い従来型航空機の高度8,000フィート（2,438メートル）よりも高い圧力となる。[62]ボーイングとオクラホマ州立大学が共同で行った研究によると、そのようなレベルであれば快適性が大幅に向上するという。[63] [64]エアバスは、A350 XWBは標準的な客室高度6,000フィート（1,829メートル）以下、湿度20%の客室雰囲気、すきま風のない空気循環で客室の気流を乗客の負荷に合わせて調整する気流管理システムを備えていると述べている。[65]複合材胴体の採用により、現代の旅客機で採用されている高い客室圧力によって悪化する金属疲労の脅威が排除され、また、高湿度レベルの使用による腐食のリスクも排除されます。[62]
参照
脚注
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- 米国海軍航空医官マニュアルより抜粋
- 「ギリシャの航空機墜落で121人死亡」CNN
外部リンク
- YouTubeの民間航空機の客室与圧デモのビデオ