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制御不能な減圧とは、加圧された航空機客室や高圧室などの密閉システムの圧力が望ましくない低下を起こすことであり、通常は人為的ミス、構造的欠陥、または衝撃によって発生し、加圧容器から周囲に圧力が漏れたり、まったく加圧されなくなったりします。
このような減圧は、爆発的、急速、または低速に分類されます。
- 爆発的減圧（ED）は激しく、減圧速度が速すぎるため、肺や副鼻腔、耳管などの体内の空気が満たされた他の空洞から空気が安全に抜けることができず、通常は重度から致命的な気圧外傷を引き起こします。
- 急速な減圧は、空洞を換気できるほど遅いかもしれませんが、それでも深刻な気圧外傷や不快感を引き起こす可能性があります。
- ゆっくりとした減圧は非常にゆっくりと起こるため、低酸素状態が始まる前には感知されない可能性があります。
説明
ここで言う「制御不能な減圧」という用語は、人が乗っている容器の予期しない減圧を指します。たとえば、高高度の加圧された航空機の客室、宇宙船、高圧室などです。圧力をかけたガス、液体、または反応物を収容するために使用されるその他の圧力容器の壊滅的な破損については、爆発という用語がより一般的に使用されますが、特定の状況ではBLEVEなどの他の専門用語が適用される場合があります。
減圧は、圧力容器の構造的破損、または圧縮システム自体の破損により発生する可能性があります。[1] [2] 減圧の速度と激しさは、圧力容器の大きさ、容器の内外の差圧、漏れ穴の大きさによって影響を受けます。
米国連邦航空局は、航空機の減圧事象を爆発的減圧、急速減圧、漸進的減圧の3つの異なるタイプに分類しています。[1] [2]
爆発的減圧
爆発的減圧は通常0.1～0.5秒未満で発生し、客室の圧力の変化が肺の減圧速度よりも速い。[1] [3]通常、マスクなどの制限がない場合、肺から空気を放出するのに必要な時間は0.2秒です。[4]肺外傷のリスクは非常に高く、爆発力によって固定されていない物体が飛散する危険性も高く、爆弾の爆発に例えることができます。
爆発的な減圧の直後、空気が冷えて相対湿度が上昇し、突然の結露が発生するため、機内は濃い霧で満たされることがあります。[4]酸素マスクを装着した軍のパイロットは加圧呼吸をしなければなりません。そのため、リラックスした状態でも肺に空気が入り、再び空気を排出するために努力しなければなりません。[5]
急速減圧
急速減圧には通常0.1～0.5秒以上かかり、肺は客室よりも速く減圧されます。[1] [6]肺損傷のリスクは依然として存在しますが、爆発的な減圧と比較すると大幅に減少します。
徐々に減圧
ゆっくりとした減圧は、気付かないほどゆっくりと進行し、計器でしか検知できない場合もあります。 [7]このタイプの減圧は、航空機が高度まで上昇する際に客室の加圧に失敗した場合にも発生する可能性があります。その一例が、2005年のヘリオス航空522便墜落事故です。この事故では、整備士が加圧システムを手動モードのままにしておき、パイロットが加圧システムをチェックしていませんでした。その結果、パイロット（および乗客と乗務員のほとんど）は低酸素症（酸素不足）により意識を失いました。飛行機は自動操縦システムにより飛行を続けましたが、飛行経路を外れた後、燃料切れにより最終的に墜落しました。
減圧障害
減圧事故には、次のような身体的傷害が伴う可能性があります。
- 低酸素症は減圧に伴う最も深刻なリスクであり、特に検出されない場合や乗務員が無力化される可能性がある。[8] [9] [10] [11]
- 気圧外傷：中耳や消化管などの内部気腔内の圧力を均等にすることができない状態、または肺破裂などのより深刻な傷害。[8]
- 減圧症[8] [9] [12] [13]
- 高山病。
- 高所での凍えるような冷たい空気にさらされることによる凍傷または低体温症。 [14]
- 爆発的な減圧の激しさによって引き起こされる身体的外傷。人や物体が飛び散ることがあります。
少なくとも2件、人が飛行機の客室窓から吹き飛ばされた事例が確認されている。1件目は1973年、エンジン故障による破片が機体のほぼ中央の窓に衝突した。乗客を機内に引き戻そうとする努力にもかかわらず、乗客は客室の窓から完全に押し出された。[15]乗客の白骨化した遺体は最終的に建設作業員によって発見され、2年後に確実に身元が判明した。[16] 2件目は2018年4月17日、サウスウエスト航空1380便の女性が、同様のエンジン故障で割れた飛行機の客室窓から部分的に吹き飛ばされた。他の乗客が彼女を機内に引き戻すことができたが、彼女は後に負傷により死亡した。[17] [18] [19]どちらの事件でも、飛行機は安全に着陸し、唯一の死者は問題の窓の隣に座っていた人であった。
NASAの科学者ジェフリー・A・ランディスによると、その効果は穴の大きさに依存し、穴は吹き飛ばされた破片によって拡大する可能性がある。「ボーイング747の胴体にある約30.0センチメートル（11.8インチ）の穴を通して圧力が均等になるまでには約100秒かかります。」穴を塞ぐ人は誰でも穴に向かって半トンの力で押し付けられるが、この力は穴から離れるにつれて急速に減少する。[20]
航空機設計への影響
現代の航空機は、減圧事故の際に機体全体が裂けて局所的な損傷が起きるのを防ぐため、縦方向および円周方向に補強リブが特別に設計されている。[ 21 ] しかし、減圧事故は航空機にとって他の意味で致命的であることが判明している。1974年、トルコ航空981便の機内で爆発的な減圧が発生し、床が崩壊し、重要な飛行制御ケーブルが切断された。FAAは翌年、ワイドボディ機の製造業者に対し、下層デッキの貨物室の最大20平方フィート（1.9 m 2 ）の開口部によって引き起こされる飛行中の減圧の影響に耐えられるように床を強化することを義務付ける耐空性指令を発行した。 [22]製造業者は、床を強化するか、客室と貨物室の間に「ダドパネル」 と呼ばれる換気口を設置するかのいずれかの方法で指令に準拠することができた。 [23]
客室ドアは、飛行中に誤ってまたは意図的に客室ドアを開けても与圧が失われることがほとんどないように設計されている。プラグドアの設計により、客室内の圧力が外部の圧力を超えると、ドアは強制的に閉じられ、圧力が均等になるまで開かない。非常口を含む客室ドアは内側に開くが、貨物ドアはすべてではない。ドアの少なくとも 1 つの寸法がドア枠より大きいため、ドア枠から押し出す前に、まず内側に引いてから回転させなければならない。与圧により、サウディア航空 163便は緊急着陸に成功した後、地上でドアを開けることができず、その結果、火災と煙で乗客 287 人全員と乗務員 14 人が死亡した。
1996 年以前は、約 6,000 機の大型商用輸送機が、高高度飛行に関連する特別な条件を満たす必要なしに、45,000 フィート (14,000 メートル) まで飛行できる型式認定を受けていました。 [24] 1996 年に FAA は、航空機の新しい設計に対して、追加の高高度客室圧力仕様を課す修正案 25–87 を採用しました。[25] 25,000 フィート (FL 250、7,600 メートル) を超える高度で運航できる認定を受けた 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 (4,600 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。」[26]「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」から生じる減圧が発生した場合、航空機は、乗員が2分以上25,000フィート（7,600メートル）を超える客室高度にさらされないように、またいかなる時点でも40,000フィート（12,000メートル）を超える高度にさらされないように設計されなければならない。[26] 実際には、この新しいFAR修正により、新たに設計された商用航空機の大部分に40,000フィートの運用上限が課せられている。[27] [28] [注1]
2004年、エアバスはFAAに請願し、減圧事故が発生した場合にA380の客室気圧が43,000フィート（13,000メートル）に達し、1分間40,000フィート（12,000メートル）を超えることを許可することに成功した。この特別免除により、A380は、同様の免除をまだ受けていない他の新設計の民間航空機よりも高い高度で運航することができるようになった。[27]
国際基準
減圧曝露積分（DEI）は、 FAAが減圧関連の設計指令の遵守を強制するために使用する定量 モデルです。このモデルは、被験者がさらされる圧力とその曝露期間が減圧イベントで作用する2つの最も重要な変数であるという事実に基づいています。[29]
爆発減圧試験に関するその他の国内および国際規格には以下のものがあります。
- MIL-STD -810、202
- RTCA/DO-160
- ノルソクM710
- API 17K および 17J
- NACE TM0192 および TM0297
- トタルエルフィナ SP TCS 142 付録 H
注目すべき減圧事故と事件
減圧事故は軍用機でも民間機でも珍しいことではなく、世界中で年間約40～50件の急速減圧事故が発生しています。[30]しかし、ほとんどの場合、問題は対処可能であり、負傷や構造的損傷はまれであり、事故は注目に値するとは見なされていません。[8] 注目すべき最近の事例としては、 2018年のサウスウエスト航空1380便があり、制御不能なエンジン故障により窓が破裂し、乗客が部分的に吹き飛ばされました。[31]
減圧事故は航空機でのみ発生するわけではありません。バイフォード ドルフィンの事故は、石油掘削装置の飽和潜水システムで発生した激しい爆発的減圧の一例です。減圧事故は、別の問題 (爆発や空中衝突など) による故障の結果であることが多いですが、減圧事故によって当初の問題が悪化することもあります。
神話
窓を貫通する銃弾は爆発的な減圧を引き起こす可能性がある
2004年、テレビ番組「MythBusters」は、退役した与圧されたDC-9を使用したいくつかのテストを通じて、弾丸が航空機の胴体を貫通して発射された場合に爆発的減圧が発生するかどうかを非公式に調査しました。側面や窓からの1発の発砲では効果がなく、爆発的減圧を引き起こすには実際の爆発物が必要でした。これは、胴体が人が吹き飛ばされるのを防ぐように設計されていることを示唆しています。 [70 ]プロのパイロットであるデビッド・ロンバードは、弾痕は航空機の排気弁の開口部よりも小さいため、客室の圧力に知覚される影響はないと述べています。[71]
NASAの科学者ジェフリー・A・ランディスは、衝撃は穴の大きさに依存し、穴は吹き飛ばされた破片によって拡大する可能性があると指摘している。ランディスはさらに、「ボーイング747の胴体にある約30.0センチメートル（11.8インチ）の穴では、圧力が均等になるまでに約100秒かかる」と述べた。そして、穴の横に座っている人は、穴に向かって約0.5トンの力で引っ張られるだろうと述べた。[72]少なくとも2件の人が飛行機の乗客用窓から吹き飛ばされたことが確認されている。最初の事例は1973年に発生し、エンジン故障による破片が胴体のほぼ中央の窓に衝突した。乗客を飛行機内に戻そうとする努力にもかかわらず、乗客はキャビンの窓から完全に押し出された。 [15]乗客の白骨化した遺体は最終的に建設作業員によって発見され、2年後に身元が確実に確認された。[16] 2つ目の事件は2018年4月17日に発生し、サウスウエスト航空1380便の女性が、同様のエンジン故障で割れた飛行機の客室窓から部分的に吹き飛ばされた。他の乗客が彼女を機内に引き戻すことができたが、彼女は後に負傷により死亡した。[17] [18] [19]どちらの事件でも、飛行機は安全に着陸し、死亡したのは事故を起こした窓の隣に座っていた人物のみであった。この事件に関する架空の話としては、 『007 ゴールドフィンガー』でジェームズ・ボンドが同名の悪役を客室窓から吹き飛ばして殺すシーン[73]や、 『007 ダイ・アナザー・デイ』で誤射した銃弾が貨物機の窓を粉砕して急速に拡大し、複数の敵役、手下、そして主な悪役が吸い込まれて死亡したシーンなどがある。
真空にさらされると体が爆発する
この 根強い神話は、2 種類の減圧を区別しないことと、一部のフィクション作品でその減圧が誇張して描かれていることに基づいています。1 つ目の減圧は、通常の大気圧 (1気圧) から真空 (0 気圧) への変化を扱い、通常は宇宙探査を中心に展開されます。2 つ目の減圧は、非常に高い圧力 (多くの気圧) から通常の大気圧 (1 気圧) への変化を扱い、深海ダイビングで発生することがあります。
最初のタイプは、通常の大気圧から真空への圧力低下が宇宙探査と高高度航空の両方で見られるため、より一般的です。研究と経験から、真空にさらされると腫れが生じますが、人間の皮膚は1気圧の低下にも耐えられるほど丈夫であることがわかっています。[74] [75]真空への曝露による最も深刻なリスクは低酸素症で、体が酸素不足になり、数秒以内に意識を失います。[76] [77]急速な制御不能な減圧は、真空への曝露自体よりもはるかに危険です。被害者が息を止めていなくても、気管からの排気では肺の繊細な肺胞の致命的な破裂を防ぐには遅すぎる可能性があります。[78]鼓膜と副鼻腔も急速な減圧によって破裂する可能性があり、打撲傷から血が染み出して軟部組織が影響を受ける可能性があります。被害者が何とか生き残ったとしても、ストレスとショックによって酸素消費が加速し、急速に低酸素症につながるでしょう。[79]高度約63,000フィート（19,000メートル）以上の極端に低い気圧では、水の沸点は体温よりも低くなります。[74]この高度の尺度はアームストロング限界として知られており、加圧なしで生存可能な高度の実際的な限界です。 真空にさらされて体が爆発するという架空の話には、映画「アウトランド」のいくつかの事件などがあり、映画「トータル・リコール」では、登場人物が火星の大気にさらされたときに沸騰症や血液沸騰の影響を受けるようです。
2番目のタイプは、数気圧以上の圧力低下を伴うためまれであり、そのためには人が圧力容器に入れられる必要がある。これが起こる可能性がある唯一の状況は、深海ダイビング後の減圧中である。100 Torr（13 kPa）ほどの小さな圧力低下は、徐々に起こる場合は症状を引き起こさないが、突然起こると致命的となる可能性がある。[78] そのような事件の1つは、1983年に北海で発生し、9気圧から1気圧への激しい爆発的な減圧により、4人のダイバーが重篤で致命的な気圧外傷で即死した。[80]これをドラマ化した架空の話には、映画「消されたライセンス」の高圧室が急速に減圧された後に登場人物の頭が爆発するシーンや、映画「ディープスター6」の別のシーンがあり、急速な減圧により登場人物が大量に出血し、同じように爆発する。
参照
- 減圧（高度） – 海抜上昇による周囲の圧力の低下
- 減圧（ダイビング） - 深度から浮上する際の圧力低下とその影響
- 減圧（物理学） - 物体を内側に押し込むバランスの取れた力の応用
- 有用な意識の時間 – 低酸素環境における効果的なパフォーマンスの持続時間
注記
- ^ 注目すべき例外としては、エアバスA380、ボーイング787、コンコルドなどがある。
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高度 40,000 フィート (12,200 m) では、
国際標準大気圧
(ISA) の圧力は約 18.8 kPa (2.73 psi) で、気温は約
-56.5
°C (217
K)
です。
この大気圧での水の
沸点は、約
-59
°C (332
K)
です。 63,000 フィートまたは 19,200 メートル (
アームストロング線
) を超えると、ISA 環境圧力は 6.3 kPa (0.91 psi) 未満に低下し、水の沸騰温度は人間の通常の体温 (約 37 ℃) に達します。このような環境に長時間さらされると、数分後には
沸騰症
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。51-Lチャレンジャー号事故調査では、チャレンジャー号のCMは無傷のままであり、乗員は機体の分解後すぐに何らかの措置を講じることができたが、空気力学的負荷（16G～21Gと推定）により乗員が受けた負荷ははるかに高かったことがわかった。5 チャレンジャー号の乗員は急速に無力化し、すべての呼吸用空気システムの起動を完了できなかったため、乗員を無力化するキャビン減圧が発生したという結論に至った。比較すると、コロンビア号の乗員がCEで受けた負荷はより低かった（約3.5G）。乗員が誰もバイザーを下げなかったという事実は、乗員がCE後に急速な減圧により無力化されたことを強く示唆している。客室の減圧率に関して定量的な結論は出せないが、客室の減圧率は数秒のうちに乗員を無力化させるほど高かった可能性が高い。結論 L1-5。減圧により乗員は急速に無力化され、ヘルメットのバイザーを下げることができなかった。
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これはすべてフィクションではありません。飛行機の窓が割れたら、隣に座っている人は穴から出るか、窓をふさぐかするでしょう。これは決して快適なことではありません。
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外部リンク
- 真空への人間の曝露
- 宇宙飛行士がヘルメットを外すと爆発しますか？