Учебное пособие
По первоначальной подготовке космонавтов и специалистов
РГИИЦПК им.Ю.А.Гагарина к работам в условиях
Моделированной невесомости в гидросреде
С использованием водолазного снаряжения
(Проект)
Разработано в соответствии с требованиями ТЗ
на НИР "Процедура", (п.2.3.1 ТЗ на НИР)
Звездный городок
Г.
ОГЛАВЛЕНИЕ:
| 1. | Введение | |
| 2. | Физические и физиологические особенности подводных погружений. Основные законы газо-и гидродинамики | |
| 2.1. | Воздух и его свойства | |
| 2.1.1. | Состав воздуха | |
| 2.1.2. | Давление воздуха | |
| 2.1.3. | Законы газовой динамики | |
| 2.1.4. | Воздействие газов, входящих в состав воздуха, на организм человека | |
| 2.2. | Вода и ее свойства | |
| 2.2.1. | Плотность воды | |
| 2.2.2. | Температура воды | |
| 2.2.3. | Теплопроводность и теплоемкость воды | |
| 2.2.4. | Прозрачность воды | |
| 2.2.5. | Законы гидростатики и гидродинамики | |
| 2.3. | Влияние водной среды на организм человека | |
| 2.3.1. | Влияние давления воды | |
| 2.3.2. | Теплообмен в воде | |
| 2.3.3. | Зрение под водой | |
| 2.3.4. | Плавучесть и остойчивость в воде | |
| 3. | Общие положения, особенности устройства водолазного снаряжения | |
| 3.1 | Классификация водолазного снаряжения | |
| 3.2 | Воздушно-баллонные блоки | |
| 3.3 | Маска | |
| 3.4 | Гидрокостюмы | |
| 3.5 | Ласты | |
| 3.6 | Подводные приборы | |
| 3.7 | Компенсатор плавучести | |
| Водолазное снаряжение, воздушно-баллонного типа, с открытой схемой дыхания | ||
| 4.1 | Дыхательный аппарат АВМ- 5 | |
| 4.2. | Дыхательный аппарат АВМ- 12 | |
| 4.3. | Шланговый воздушно-дыхательный аппарат ЩАП-96 | |
| 4.4. | Гидрокомбинезон УГК | |
| 5. | Организация водолазных спусков и техника безопасности при подводных работах | |
| 6. | Действия водолаза в нештатных ситуациях, типовые способы устранения возможных неисправностей водолазного снаряжения и оборудования при водолазных спусках | |
| 7. | Профессиональные заболевания водолазов работающих в условиях повышенного давления | |
| 8. | Перечень контрольных вопросов для подготовки к зачету на допуск к погружениям в водолазном снаряжении | |
| 9. | Таблицы | |
| 10. | Перечень практических упражнений выполняемых при контрольном погружении | |
| 11. | Визуальная связь между водолазами | |
| 12. | Сигналы визуальной связи между водолазами |
В В Е Д Е Н И Е.
При развёртывании и эксплуатации пилотируемых космических комплексов исключительно большое значение приобретает работа экипажа в открытом космосе в выходных космических скафандрах, такую работу принято называть внекорабельной деятельностью (ВКД).
Для отработки операций ВКД наибольшее распространение получили два метода моделирования невесомости: метод имитации невесомости в условиях гидросреды и метод полета по параболе на самолете- лаборатории. Каждый из методов при привитии навыков по работе в невесомости дополняет друг друга, и они органично входят в единый тренировочный процесс.
Метод имитации невесомости в гидросреде позволяет отрабатывать большинство операций ВКД в реальном масштабе времени на полноразмерных макетах космических объектов. Этот метод основан на помещении объектов (в т.ч. операторов в макетах выходных скафандров) в воду и придании им нейтральной плавучести и безразличного равновесия.
Использование метода имитации невесомости в гидросреде для профессиональной подготовки экипажей к ВКД вызывает необходимость обучения космонавтов и специалистов, обеспечивающих соответствующие испытания и тренировки (методистов, страхующих водолазов, операторов подводной видеосъёмки и др.), основам водолазного дела.
Современное водолазное дело это область научной и практической деятельности человека, связанная с погружением человека под воду в водолазном снаряжении.
Водолазные спуски относятся к опасным видам работ и требуют тщательной подготовки. Водолазу необходимо в совершенстве изучить устройство и правила эксплуатации водолазной техники, организацию и технологию водолазных работ, требования техники безопасности при их выполнении. Изучив основы медицинского обеспечения водолазных работ, водолаз должен получить представление о тех физиологических процессах, которые происходят в человеческом организме в водной среде и под повышенным давлением, чтобы предупредить возможные специфические заболевания и своевременно оказать помощь себе или другому пострадавшему водолазу.
Настоящее учебное пособие предназначено для космонавтов, специалистов РГНИИЦПК им. Ю.А.Гагарина и других организаций, проходящих подготовку к работам в условиях моделированной невесомости в гидросреде по квалификациям "нештатный водолаз" и "офицер-водолаз".
В учебном пособии использованы действующие руководящие и нормативные документы по организации и методике водолазных спусков и их медико-санитарному обеспечению, а также справочные и учебные пособия:
Правила водолазной службы Военно-Морского Флота. ПВС ВМФ-85. Часть1; часть III. - М.: Воениздат, 1987;
Единые правила безопасности труда на водолазных работах. РД 31.84.01-90. Часть 1. Правила водолазной службы; часть II. Медицинское обеспечение водолазов. - М., 1992;
Смолин В.В., Соколов Г.М., Павлов Б.Н. Медико-санитарное обеспечение водолазных спусков: Руководство для водолазных врачей и фельдшеров. - М.: Фирма "Слово", 1999;
Орлов Д.В., Сафонов М.В. Акваланг и подводное плавание. Подводный клуб Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, 1998;
Физические и физиологические особенности подводных погружений. Основные законы газо- и гидродинамики
Воздух и его свойства
Состав воздуха
Давление воздуха
Масса воздуха, составляющая атмосферу Земли, оказывает своим весом на ее поверхность определенное давление, которое называется атмосферным. Измеренное на уровне моря при температуре 0°С атмосферное давление уравновешивается в трубке сечением 1 см2 барометра столбом ртути высотой 760мм или столбом воды высотой 10,33 м, что соответствует давлению на 1 см2 поверхности с силой 1,033 кгс (или 10,1325Н). Эта величина носит название физической атмосферы (атм).
1 атм = 760 мм рт.ст. = 10,33 м вод.ст. = 1,033 кгс/см2 = 101325 Н/м2
Атмосферное давление (барометрическое), равное 1 атм, называется нормальным.
В технике для удобства расчетов за единицу давления принимается техническая атмосфера (ат), что соответствует давлению на 1 см2 поверхности силы в 1 кгс, или 1 Н на 1 м2 (в системе СИ):
1 ат = 1 кгс/см2 = 10s Н/м2 = 10 м вод.ст.,
т.е. одна техническая атмосфера соответствует давлению10 м водяного столба (в честь французского ученого 17 века Б.Паскаляединицадавления 1 Н/м2 называется паскалем - обозначается Па).
Давление сверх атмосферного называется избыточнымдавлением. Избыточное давление измеряется манометрами, и поэтому часто оно называется манометрическим давлением.Сумма избыточного и атмосферного давлений называетсяабсолютным давлением.
| Рабс = Ризб + Ратм где: |
| (1) |
|
Рабс - абсолютное давление (измеряется в технических атмосферах и обозначается ата - атмосфера техническая абсолютная).Для упрощенных расчетов атмосферное давление рассчитается постоянным и равным 1 атм, тогда
Рабс = Ризб+1атм (2)
Таким образом, на каждые 10 метров глубины погружения избыточное давление увеличивается на1 атм (1кгс/см2).
Состояние любого газа или газовой смеси определяется четырьмяосновными параметрами, объемом V,давлением р, температурой Т, массой М, которые находятся во взаимозависимости, определяемой рассмотренныминиже газовыми законами.
Законы газовой динамики
Закон Бойля-Мариотта. (Изотермическийпроцесс). Для данной массы газа М при постоянной температуреТ его объемобратно пропорционален давлению р:
pV = const (3)
Иными словами, справедливы равенства
p1V1=p2V2 или
p1/p2=V2/V1 (4) 
где:
р1,р2. - соответственно начальное и конечное давление газа;
V1, V2- - соответственно начальный и конечный объем газа.
Проще говоря,во сколько раз увеличивается давление, во столько раз уменьшается объём.Пользуясь этим законом,можно понять, почему с ростом глубины погружениявозрастает расход воздухадля дыхания подводного пловца, а также рассчитать время пребывания подводой.
Закон Шарля (Изохорный процесс). Для данной массы газа М припостоянном объёмеV обеление р прямо пропорциональноизменению абсолютной температурыТ:
pt = p0apT (5)
где:
pt - давление газа при абсолютной температуре Т;
р0 - давление газа при температуре 0°С;
ap - температурный коэффициент давления газов, равный 1/273 К-1;
Т - абсолютная температура газа, К (по шкале Кельвина).
Закон Гей-Люссака (Изобарный процесс). Для данной массыгаза М припостоянном давлении р объем газа V прямо пропорционален изменению его абсолютной температурыТ:
VT=V0aVT (6)
где:
VT - объем газа при абсолютной температуреТ;
V0 - объем газа при температуре 0 0С;
Т - абсолютная температура газа, К;
aV - температурный коэффициент объемного расширениягазов,равный 1/273 К-1.
Часто для решения практических задач удобнее зависимости (5) и (6) выражать в виде:
p1/р2 = Т1/T2 (7)
V1/V2=Т1/T2 (8)
где:
p1И р2- начальное и конечное давление газовпри постоянном объеме;
V1 и V2 - начальный и конечный объем газов при постоянном давлении;
Т1 и T2 - начальная и конечная абсолютные температурыгазов. Абсолютная температура Т по шкале Кельвина (К) итемпература t по шкале Цельсия (°С) связаны между собой соотношением:
Т = t + 273 (9)
Приведенные зависимости, выражающие законы Шарля и Гей-Люссака, позволяют решать важные практические задачи при подготовке и планировании подводных погружений, такие, например, как определение давления воздуха в баллонах при изменении температуры, соответствующие ему изменение запасов воздуха и времени пребывания на данной глубине и т. п.
Закон Дальтона. Давление смеси газов равно сумме парциальных (частичных) давлений отдельных газов, составляющих смесь, т.е. тех давлений, которые производил бы каждыйгаз в отдельности, еслибыон был взят при той же температуре в объеме смеси.
Парциальное давление газа рг, пропорционально процентному содержанию n данного газа и величине абсолютного давления рабс газовой смеси и определяется по формуле:
рг = рабс n/100 (10)
 |
Рис. 5 Парциальное давление газов. Рис б. Иллюстрация закона Генри
Проиллюстрировать данный закон можно,сравнив смесь газов в замкнутом объеме с набором гирь различного веса, положенных на весы. Очевидно, что каждая из гирь будет оказывать давление на чашу весов независимо от наличия на ней других гирь.
Закон Генри. Количество газа, растворенного в жидкости, прямопропорционально его парциальному давлению.
Поскольку парциальное давление отражаетфактическое количествогаза,поступающего в организм, знание парциальныхдавлений газов всмеси позволяет правильно оценить действие этих газов, сильно изменяющееся в зависимости от величиныабсолютного давления рабс.
