ОСОБЕННОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЗВУКОВОГО УДАРА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА В АСПЕКТЕ РАЗРАБОТКИ НОВОГО ОТЕЧЕСТВЕННОГО СВЕРХЗВУКОВОГО ПАССАЖИРСКОГО САМОЛЕТА

© Э.И.Мацнев, Л.Б.Строганова, Т.Ю.Чайка, Ю.И.Воронков, Е.Э.Сигалева, Б.Л.Аветисянц
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космической медицины и биологии"
2007 г.

Известно, что полет сверхзвукового самолета сопровождается «звуковым ударом» (ЗУ). Звуковым ударом – обозначают импульсный, громоподобный шум, который возникает при полете самолета со скоростью, большей, чем скорость звука (около 750 миль в час над уровнем моря; или >1195 км/час).

Самолет, пролетающий через атмосферу, постоянно вызывает волну воздуха с повышенным давлением. Когда самолет преодолевает скорость звука, это давление увеличивается, и формируются, т. н. «шоковые волны». Фактически поведение молекул в воздушной среде при сверхзвуковой скорости сходно с поведением жидкости в аналогичных условиях, т. е. возникновением т. н. «Допплер-эффекта». Когда объект проходит через воздушную среду, то молекулы воздуха, раздвигаясь в стороны с большой силой, создают «шоковую волну», сходную с громким шумом. При достижении скорости звука, как результат увеличения давления, шоковая волна приобретает форму конуса с повышенным давлением молекул воздуха, которые движутся к его наружной поверхности и распространяются к земле, в зависимости от ландшафта.

Обычно самолеты генерируют два подобных конуса – в носовой и хвостовой части. Интервал времени между двумя ЗУ зависит от типа самолета и его высоты. Большинство людей не может их отличить и слышит как единый ЗУ.

Все давление сконцентрировано в этих конусах. Если органы слуха человека находятся в пространстве конуса, то при прохождении звукового барьера, человек ощущает очень громкий звук (ЗУ). Для коммерческих сверхзвуковых самолетов громкость может достигать 136дБ (или 120Pa).

Акустическая энергия и поле акустической энергии высокого уровня, возникающие при ЗУ, вызванном полетом сверхзвукового транспортного самолета, могут нарушать нормальную жизнедеятельность человека. При этом неблагоприятные реакции организма могут появляться либо сразу после того, как человек подвергается этому воздействию, либо эти эффекты могут суммироваться, особенно, при повторяющихся ЗУ. В последнем случае эффект может быть отсроченным и проявляется спустя некоторое время после воздействия.

Для анализа клинико-физиологических и психологических последствий ЗУ на организм человека необходимо определить: величину энергии ЗУ, его частотные компоненты, временные характеристики, в том числе повторяемость ЗУ. Звуковой удар имеет: непрерывную (стационарную) волну и импульсную. Параметрами импульсных звуков являются: время нарастания, пиковый удар, время повторения, длительность.

Область энергии ЗУ концентрируется в частотном диапазоне 0,1-100гЦ, что значительно ниже, чем при полетах на дозвуковых самолетах. Продолжительность ЗУ очень короткая и составляет менее 1 секунды – (100 мсек., или 0,100 секунды), для большинства истребителей; 500мсек. – для сверхзвукового самолета «Concorde».

Как уже отмечалось выше, интенсивность и ширина траектории ЗУ зависит от физических характеристик летательного аппарата и эволюций объекта.

Относительно небольшая энергия отдельного импульса с очень коротким временем нарастания имеет для человека явно выраженную психологическую, а не физиологическую опасность. Однако если импульсные шумы встречаются неоднократно, то их неблагоприятное потенциальное действие на организм человека возрастает и становится весьма значимым.

Воздействие ЗУ, несущего низкочастотной и инфразвуковой компонент звуковой энергии, также может оказывать на человека неблагоприятное воздействие.

Ультразвуковая составляющая ЗУ легко поглощается атмосферой. Однако в литературе приводятся доказательства возможного негативного эффекта ультразвукового компонента ЗУ, передающегося через воздух на организм человека (особенно у женщин и лиц младшего возраста).

Практически все зарубежные исследователи подчеркивают недостаточную изученность вопроса индивидуальной приспособляемости человека к повторяющимся воздействиям ЗУ, что затрудняет определение коридора полетов сверхзвуковых самолетов. Психологическое воздействие ЗУ на организм человека предсказать достаточно трудно, т. к. различные группы населения по-разному оценивают влияния ЗУ.

Перспектива разработки ОАО «Гражданские самолеты Сухого» сверхзвукового пассажирского самолета бизнес класса Super Sonic Bisness Jet (SSBJ), диктует необходимость проведения комплексных медико-биологических исследований по изучению эффектов ЗУ на организм человека, а также разработки нормативов по безопасным уровням воздействия звукового удара на человека.

Для решения этой проблемы разработана программа, предусматривающая проведение исследований с физическим моделированием ЗУ в условиях специальной камеры и изучением медико-биологических эффектов ЗУ на организм человека в условиях модельных экспериментов.