高空飞行时飞机客舱臭氧浓度的评估

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1、万方数据第15卷第27期2015年9月1671—1815(2015)27-0207—04科学技术与工程ScienceTechnologyandEn百neefingV01．15No．27Sep．2015⑥2015Sci．Tech．Engrg．环境科学高空飞行时飞机客舱臭氧浓度的评估袁敏(中国民用航空飞行学院，空中交通管理学院，广汉618307)摘要利用高空臭氧资料，根据飞机对客舱臭氧浓度的控制方法计算了高空飞行时客舱内的臭氧浓度，估算了飞机在臭氧浓度最大区域内(60。N～850N、500W～1500W)飞行时，客舱臭氧浓度可能会超出最大臭氧浓度的高度(最大飞行高度层)。结果表明：对于

2、没有臭氧催化转换器的飞机，从1月到4月，最大飞行高度层大都在商业飞机的巡航高度之下(41100ft)，3月的最大飞行高度层最低，为35000ft，从7月到11月，最大飞行高度层大都在41100ft以上。对于臭氧催化转换器老化的飞机，最大飞行高度层的高度都在41000ft以下，只有在3月份位于75。N一850N的纬度上飞行时，最大飞行高度为41000ft。关键词客舱臭氧浓度最大客舱臭氧浓度臭氧催化转化器最大飞行高度层中图法分类号X16；文献标志码A臭氧是一种强氧化剂，化学性质活泼。臭氧是由氧气分子和紫外线通过光化学反应而形成，主要分布在对流层顶以上的高层大气中。臭氧浓度的最高值一般出

3、现在大约22km的高度，绝大部分臭氧集中在10～25km高度范围内⋯。民航飞机的巡航高度和最佳飞行高度大多集中在9～12．5km之内，因此对于高空飞行的飞机，如果外界大气进入客舱之前没有保护措施，机组和乘客会受到臭氧的危害。臭氧与呼吸道黏膜、肺泡等组织表面接触会引起组织损伤，甚至出现咳嗽、胸痛、呕吐、头痛和极度疲劳等症状伸_5J，特别在长途飞行中，这种危害尤为明显。中国民用航空局颁布的《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》中规定从事载客运输的商业航空公司要对客舱臭氧浓度进行控制：飞行高度超过32000R的飞行，在任何时间里，客舱内的臭氧浓度不能超过海平面当量的百万分之0．2

4、5(最大客舱臭氧浓度)。臭氧催化转换器是控制客舱臭氧浓度的重要装置，外界空气经过臭氧催化转化器的过滤之后，能进入客舱的臭氧是很少的。但臭氧催化转换器处于发动机产生的高温高压气体的工作环境中，分解臭氧的效率也会因老化而降低M_J。因此，对于臭氧催化转换器老化的飞机或者没有臭氧催化转换器的飞2015年6月10日收到作者简介：袁敏，男。博士研究生，讲师。研究方向：航空气象。E，mml：yuanm@Miyun．eom。机，乘客暴露在较高客舱臭氧浓度环境中的可能性就显著增加[10。基于以上的背景，用最大客舱臭氧浓度作为标准，计算了在臭氧浓度最大区域内，客舱内臭氧浓度可能超出最大臭氧浓度的高度

5、和纬度，为高空飞行时预防臭氧危害提供了理论参考。1资料及方法1．1资料利用1958—2001年的欧洲中期天气预报中心的月平均臭氧资料作为外界大气臭氧浓度资料。1．2计算方法客舱臭氧浓度主要受到外界大气臭氧浓度、臭氧催化转换器和空气再循环系统的影响，其估算公式为p03。蛐。=03础ien。吾(1一E)R(1)l0式(1)中0，。曲i。。。为外界大气中的臭氧浓度，单位为g／kg。臭氧在大气中的分布随着纬度和季节变化，在北半球，大气臭氧浓度随纬度增加而增加，浓度最大的地区位于北极，东亚大槽、北美大槽等高纬度地区；而就季节变化而言，臭氧浓度最高值出现在春季3～5月。P为座舱压力，是气密座舱

6、内空气的绝对压力，又叫座舱高度(座舱内空气绝对压力在标准大气中所对应的海拔高度)。根据实验得出，旅客机舒适的座舱高度为0—2400m，安全座舱高度为3000m，最大座舱高度不超过4500mo飞机在飞行各阶段座舱高度并不是固定的，如果座舱内气压始终保持海平面气压，对人最为舒适，但飞机在高空时，较大的座舱余压(飞机气密客舱内外大气压力之差)万方数据科学技术与工程15卷会对机身结构造成损伤，长期使用的飞机会有爆炸减压的潜在危险。解决办法就是在满足人体生理需要的气压值的基础上，又控制座舱余压的值不超过最大座舱余压。喷气式飞机最大余压为483～621hPa；涡桨式飞机最大余压为345—483

7、hPa【11

8、。以波音737—300为例，当飞行高度大于28000ft时，座舱余压的值固定为7．80lbf／in2(538hPa)。现采用538hPa作为飞机巡航时的座舱余压，得出飞机在高空几个典型的等压面上飞行时的座舱压力值，如表1。P。为标准大气的海乎面气压，其值为1013．25hPa。P／Po为座舱压力与标准大气的海平面气压之比，飞机在不同高度飞行时座舱压力是变化的，因此，客舱内的臭氧浓度值要转换为在标准海平面气压时的浓度才有比较意义。表1中给出了飞机在高空表1