关于密闭飞机中最多能活多久的思考

​​​今天，@科普君Xueshu雪树 问了我们一个问题：密闭飞机中最多能活多久？

原问题

首先，这个问题就不存在，如果这种事情发生了，就是航后清舱不到位，是机务和空乘的责任。至于为什么有人认为飞机是全封闭状态，我觉得是一般人对飞机的客舱增压系统不熟悉。在飞机飞行时，空调系统给飞机提供电子设备冷却需要的空气、客舱增压，同时具有分配、温度调节和加热/冷却功能。

空调系统的功能

空调系统需要空气进行工作，那么气体从何而来？从发动机而来，发动机引气经过调节（调节过程忽略）然后进入气源总管（Pneumatic Manifold），进入左右空调组件（Left/Right Air Conditioning Pack），当然，气源不一定是发动机，也有可能是APU或者是地面气源。

气源系统的功能

说完空调气体的来源，接下来说一下关于座舱高度的那些事儿。

座舱高度（Cabin Altitude）是指座舱内部气压所对应的标准大气压力高度。换句话说，座舱高度，是指客舱内部气压对应的海拔高度。一般要求飞机在最大设计巡航高度上，必须能保持8000 ft(约2400m)的座舱高度。当座舱高度达到10000 ft(3048m)时，通常设有座舱高度警告信号，向机组成员发出警告，当座舱高度达到14000 ft(4267m)时，客舱内的氧气面罩会自动脱落。

在飞机从滑行、起飞到着陆的过程中，座舱压力控制系统一直在控制着客舱的气压，控制过程和飞机飞行时座舱高度随飞行阶段的变化从略。飞机着陆之前，客舱气压比机场气压高0.15PSI（0.01个标准大气压），这个预先增压的过程以防止着陆时客舱气压的瞬时增大。（英文原文：The 0.15 psid pressurization prevents pressure bumps(momentary pressure increase) from occurring during landing.）飞机着陆后外溢流活门（Outflow Valve）全开，客舱压力与外界一致。航后检查时外溢流活门应在全开位。

假设飞机封闭空间出现呢？外溢流活门发生故障时这种情况会发生的，不过这种概率趋于零，此时假设这种情况的确发生了。

在这种情况下，首先我们要知道飞机客舱的体积，要知道体积，首先知道客舱的横截面积和长度。航班为加拿大航空1799 ，魁北克-多伦多，航程 90 分钟。这种短程航班一般来说由短体客机执行，此处假设为波音738. 此时拿出多张机身站位图：（所有图中单位为英寸）

机头站位图

机头可视为圆台，STA 178为雷达罩（Radome）末端，客舱内部站位（客舱内部站位图中的）从STA 360至STA 893（右边的站位线列表）段视为圆柱，两张机尾站位图中的STA 767至STA 1016视为圆台。

客舱内部站位图

机尾站位图1

机尾站位图2

横截面图如下所示：

最后一件事，也是这个问题最难的一部分，就是：计算横截面积和体积。

假设地板梁顶端以上的部分为圆弧，用割补法可求得横截面积为17056平方英寸，相当于11平方米。乘以圆柱部分长度533英寸，即13.5382米，可得圆柱部分的体积。此时忽略掉客舱设备所占的空间。接下来就是计算圆台部分的体积。根据圆台体积公式V=[S+S'+√(SS')] h÷3, 高度已知时候首先要知道上下底面积。问题就是我们不知道其他站位的横截面积，不如就把它当成两个圆锥体，大圆锥减去小圆锥的体积就好了。

估算出STA 178处的横截面积为0.48平方米，机尾站位图2的STA 1016处横截面积为3.02平方米，STA 178至STA 360的距离为4.62米，两张机尾站位图中的STA 767至STA 1016的距离为6.325米。

最终求出客舱体积为212立方米，取空气含氧量（体积分数）为21%, 二氧化碳含量（体积分数）为0.03%, 根据如下数据，

正常情况下，空气中的氧气浓度到16%人会感觉呼吸困难，到11%人就会窒息。二氧化碳含量超过8.5%人就要呼吸困难，20%人就要呼吸衰弱窒息了。

首先要计算含氧量，最后根据有氧呼吸方程式C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+大量能量（最多38个ATP，一般是29-30个ATP），可得消耗1体积氧气，最后生成1体积二氧化碳。根据吕新颖的《简明运动生理学教程》，静息的时候平均耗氧量是190-290ml/min. 因为此人是女士，取低值190, 但是考虑到求救时需要耗费大量能量，耗氧量进而增加，如果求救失败进而放弃求救，耗氧量会降低，为估算方便，此时取230mL/min. 假设此人在窒息之前体内所有的细胞都进行有氧呼吸，因为消耗1体积氧气生成1体积二氧化碳，此人在窒息之前需要消耗掉体积分数10%的氧气。机内氧气含量为44.52立方米即44520升，窒息之前需要消耗4452升的氧气，用时19357分钟，也就是13.44天。

如果条件再极端一点，耗氧量350mL/min, 空气中氧气含量（体积分数）低于18%，会缺氧，会导致脑细胞不可逆转的死亡，人体丧失知觉和逃生能力。此时人只能消耗掉体积分数3%的氧气，也就是1335.6升氧气，用时仅为3816分钟，也就是2.65天。

要解决这个问题，需要知道人的耗氧量、缺氧死亡的条件和飞机的体积，耗氧量还和年龄、性别、温度、运动的激烈程度有关。举个极端的例子，一个人，门窗关死，在车里睡一晚，氧气都不太够。

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