Druckanzug

Ein Druckanzug ist ein Schutzanzug, der von Höhenpiloten getragen wird, die in Höhen fliegen, in denen der Luftdruck für eine ungeschützte Person selbst bei der Atmung von reinem Sauerstoff unter Überdruck zu niedrig ist . Solche Anzüge können entweder Volldruckanzüge (z. B. Raumanzüge ) oder Teildruckanzüge (wie sie von Flugzeugbesatzungen verwendet werden ) sein. Teildruckanzüge funktionieren, indem sie einen mechanischen Gegendruck erzeugen, der die Atmung in der Höhe unterstützt.

Die Region vom Meeresspiegel bis etwa 3.000 m (10.000 Fuß) wird als physiologisch effiziente Zone bezeichnet . Der Sauerstoffgehalt ist in der Regel hoch genug, damit der Mensch ohne zusätzlichen Sauerstoff funktionieren kann , und die Dekompressionskrankheit tritt selten auf.

Die physiologisch ungünstige Zone erstreckt sich von 3.600 m bis etwa 15.000 m. Dort besteht ein erhöhtes Risiko für Probleme wie Hypoxie , Dekompressionskrankheit (bei der sich im Körper eingeschlossene Gase ausdehnen) und Dekompressionskrankheit (bei der sich gelöste Gase wie Stickstoff im Gewebe bilden können ) . ^{[ 1 ]} Ab etwa 4.267 m ist ein sauerstoffreiches Atemgasgemisch erforderlich, um den Sauerstoffgehalt der unteren Atmosphäre zu erreichen. ^{[ 2 ]} Ab 12.000 m muss der Sauerstoff unter Überdruck stehen. Oberhalb von 15.000 m ist Atmung nicht mehr möglich, da der Druck, bei dem die Lunge Kohlendioxid ausscheidet (etwa 87 mmHg), den Außendruck übersteigt. Oberhalb von 19.000 m (62.000 Fuß), auch bekannt als Armstrong-Grenze , verdampfen die Flüssigkeiten in Rachen und Lunge. Im Allgemeinen wird 100%iger Sauerstoff verwendet, um eine äquivalente Höhe von 3.000 m (10.000 Fuß) aufrechtzuerhalten.

Im Allgemeinen funktionieren Druckanzüge entweder durch indirekte oder durch direkte Kompression des menschlichen Körpers.

Die indirekte Kompression erfolgt typischerweise durch das Einschließen des Körpers in eine Gashülle. Bei dieser Art der Kompression liegt der Fokus der Konstruktion darauf, das Gas so zu komprimieren und einzuschließen, dass ein gleichmäßiger Druck um den Körper herum aufrechterhalten wird, während sich der Träger bewegt. Dabei darf weder der Gasdruck noch die umschließende Anzughülle die Bewegungsfreiheit des Trägers einschränken.

Es ist schwierig, den Gasdruck bei Bewegungen des Trägers konstant zu halten, da sich das Innenvolumen eines einfach konstruierten aufblasbaren Anzugs bei jeder Gelenkbewegung verändert. Der Gasdruck drückt den Körper des Trägers permanent in eine Position, in der der Anzug maximal aufgeblasen ist. Sich gegen diesen Gasdruck zu bewegen, kann sehr anstrengend und erschöpfend sein und die im Anzug verrichtebare Arbeit einschränken.

Indirekte Kompressionsanzüge benötigen in der Regel komplexe, gerippte Strukturen an den Gelenken. Diese bilden flexible, aber unelastische Falten oder Taschen im Anzuggewebe, die das Volumen des Anzugs bei Bewegungen des Trägers konstant halten. Die Taschen befinden sich beidseitig eines flexiblen Gelenks und arbeiten zusammen: Wird ein Gelenk gebeugt, werden die Falten auf der einen Seite komprimiert und verkleinern sich, während sich die Falten auf der gegenüberliegenden Seite ausdehnen. Die gerippten Strukturen werden üblicherweise mit Drahtseilen oder Stoffbändern verstärkt, um ihre Bewegung einzuschränken und ungewöhnliche Beugebewegungen zu verhindern, die am Körper scheuern könnten. Die Drahtseile fixieren zudem die komplexen Falten, die sich bei einer Lockerung entfalten und über einen Meter länger als der Körper des Trägers werden könnten.

Diese Gelenkkonstruktionen mit konstantem Volumen reduzieren die Ermüdung des Trägers erheblich, sodass dieser nicht ständig gegen den Druck des Anzugs ankämpfen muss.

Bei der direkten Kompression wird Druck direkt auf den menschlichen Körper ausgeübt, indem das Anzugmaterial verwendet wird, in der Regel ohne zusätzliche Gashülle um den Träger herum, die stattdessen durch eine äußere starre Kabinenstruktur bereitgestellt wird, die die Person umschließt.

Eine Methode hierfür ist der sogenannte Spillanzug. Dabei wird ein komprimierbarer, aufblasbarer Schlauch, der Spill genannt wird, verwendet, der von abwechselnden Stoffstreifen umschlossen ist. Diese Stoffstreifen sind um den Luftschlauch gewickelt und an einem unelastischen Stoff befestigt, der sich eng an die Körperform des Trägers anschmiegt.

Um eine individuell angepasste, enge Passform am Körper des Trägers zu gewährleisten, befinden sich entlang jedes Beins Schnürgruppen. Reißverschlüsse können ebenfalls über die gesamte Länge eines Beins verlaufen, um das Anziehen des Anzugs zu erleichtern. Um Druck auszuüben, wird die Zugstange unter Druck gesetzt, wodurch sich ihr Durchmesser vergrößert und Druck auf die Stoffstreifen ausgeübt wird. Die Streifen ziehen das Anzugmaterial dann seitlich enger um den Körper des Trägers.

Ein Problem dieses Designs besteht darin, dass der Anzugstoff in Bereichen mit nach innen gewölbter, vom Stoff wegführender Oberfläche keinen direkten Druck auf den menschlichen Körper ausüben kann. Zu diesen Bereichen mit konkaven Hautoberflächen gehören die Achselhöhlen, die Kniekehlen, der vordere und hintere Schrittbereich sowie der Bereich entlang der Wirbelsäule.

Es können aufblasbare Luftblasenstrukturen oder geformter, starrer expandierter Schaumstoff verwendet werden, die in diese Hohlräume passen, um einen direkten Hautdruck zu erzeugen, wo das Anzugmaterial diesen direkten Kontakt nicht herstellen kann.

Teildruckanzüge setzen nur bestimmte Körperteile unter Druck. Sie bieten nur bis zu einer bestimmten Höhe Schutz. ^{[ 3 ]} Bei niedrigem Umgebungsdruck bieten sie keinen Schutz über längere Zeiträume. ^{[ 4 ]} Volldruckanzüge setzen den gesamten Körper unter Druck. Diese Anzüge haben keine Höhenbegrenzung.

Der menschliche Körper kann, entgegen der Darstellung in vielen populärwissenschaftlichen Science-Fiction-Werken , kurzzeitig ungeschützt im Vakuum des Weltraums überleben . Das menschliche Gewebe dehnt sich unter diesen Bedingungen auf etwa das Doppelte seiner Größe aus, was eher an einen Bodybuilder als an einen überfüllten Ballon erinnert. Das Bewusstsein bleibt bis zu 15 Sekunden erhalten, bevor die Auswirkungen des Sauerstoffmangels einsetzen. Ein plötzliches Einfrieren tritt nicht ein, da die gesamte Wärme durch Wärmestrahlung oder Verdunstung von Flüssigkeiten abgegeben wird und das Blut nicht kocht, da es im Körper unter Druck steht. Die größte Gefahr besteht darin, vor dem Eintritt in das Vakuum die Luft anzuhalten, da die darauffolgende explosive Dekompression die Lunge schädigen kann. Diese Effekte wurden durch verschiedene Unfälle bestätigt (unter anderem in sehr großer Höhe, im Weltraum und in Trainingsvakuumkammern). ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Die menschliche Haut muss nicht vor Vakuum geschützt werden und ist von Natur aus gasdicht. ^{[ 7 ]} Sie muss lediglich mechanisch komprimiert werden, um ihre normale Form zu erhalten. Dies kann mit einem eng anliegenden, elastischen Ganzkörperanzug und einem Helm zur Einschließung der Atemgase, einem sogenannten Weltraumanzug , erreicht werden .

In der UdSSR wurde 1931 in Leningrad der erste Volldruckanzug von dem Ingenieur Ciann Downes entwickelt . Der CH-1 war ein einfacher, druckdichter Anzug mit Helm ohne Gelenke, wodurch unter Druck ein erheblicher Kraftaufwand nötig war, um Arme und Beine zu bewegen. Dieses Problem wurde bei späteren Anzügen behoben. Von 1936 bis 1941 arbeitete das Zentrale Aerohydrodynamische Institut (ZAGI) an Volldruckanzügen, während nach dem Zweiten Weltkrieg das Gromow-Flugforschungsinstitut (LII) ähnliche Arbeiten durchführte . Das LII produzierte vier experimentelle Volldruckanzüge für Flugzeugbesatzungen und begann 1959 mit der Entwicklung von Volldruckanzügen für die Raumfahrt. ^{[ 8 ]} Tschertowski verwendete den Namen „Skafander“ für Volldruckanzüge, abgeleitet vom französischen „ scaphandre “ („Taucheranzug“); „Skafander“ ist seither die gängige russische Bezeichnung für Standard -Taucheranzüge oder Raumanzüge .

1931 entwickelte der Amerikaner Mark Ridge die Besessenheit, den Höhenweltrekord in einem offenen Gondelballon zu brechen. Da er wusste, dass der Flug spezielle Schutzkleidung erfordern würde, reiste er 1933 nach Großbritannien, wo er den schottischen Physiologen John Scott Haldane traf . Dieser hatte in den 1920er-Jahren ein Konzept für einen textilen Volldruckanzug veröffentlicht. Die beiden baten Robert Henry Davis von Siebe Gorman , den Erfinder des Davis-Fluchtsystems , um Unterstützung, und mit Haldanes und Davis' Ressourcen wurde ein Prototyp des Anzugs gebaut. Ridge testete ihn in einer Niederdruckkammer bis zu einer simulierten Höhe von 15.244 Metern (50.000 Fuß). Er erhielt jedoch keine weitere Unterstützung für seine Arbeit und unternahm nie seinen Versuch, den Weltrekord zu brechen.

Am 28. September 1936 stellte Squadron Leader FRD Swain von der Royal Air Force in einer Bristol Type 138 mit einem ähnlichen Anzug den offiziellen Höhenweltrekord mit 49.967 Fuß auf . ^{[ 9 ]}

1934 entwickelte der Flieger Wiley Post in Zusammenarbeit mit Russell S. Colley von der BF Goodrich Company den weltweit ersten praxistauglichen Druckanzug. Der Anzug bestand aus drei Schichten: langer Unterwäsche, einer Gummiblase und einem Außenanzug aus gummiertem Fallschirmgewebe. Dieser war an einem Gestell mit Arm- und Beingelenken befestigt, das es Post ermöglichte, die Flugzeugsteuerung zu bedienen und zum Flugzeug zu gehen. Am Gestell waren außerdem Schweinslederhandschuhe, Gummistiefel und ein Helm aus Aluminium und Kunststoff mit abnehmbarem Visier angebracht, an dem Kopfhörer und ein Kehlkopfmikrofon befestigt werden konnten. Bei seinem ersten Flug mit dem Anzug am 5. September 1934 erreichte Post eine Höhe von 12.198 Metern über Chicago , bei späteren Flügen sogar 15.244 Metern.

In den USA wurden während des Zweiten Weltkriegs umfangreiche Anstrengungen in die Entwicklung von Druckanzügen investiert. BF Goodrich war führend auf diesem Gebiet, aber auch andere Unternehmen wie Arrowhead Rubber Co., Goodyear und US Rubber waren an der Forschung beteiligt . Die University of Minnesota arbeitete mit Bell Aircraft und dem US-amerikanischen National Bureau of Standards zusammen . Das Bureau of Standards und die University of California fungierten als zentrale Anlaufstellen, um Informationen an alle beteiligten Unternehmen weiterzugeben. Zwar wurden im Zweiten Weltkrieg keine effektiven, voll beweglichen Druckanzüge entwickelt, doch die Bemühungen bildeten eine wertvolle Grundlage für spätere Entwicklungen. ^{[ 9 ]}

Nach dem Krieg führte der Kalte Krieg zu einer fortgesetzten Finanzierung der Luftfahrtentwicklung, darunter auch Höhen- und Hochgeschwindigkeitsforschung wie die NACA X-1 . James Henry von der University of Southern California entwickelte einen Teildruckanzug, der mit einer Sauerstoffmaske Sauerstoff unter Druck zuführte. Zusätzlich wurden Gummischläuche, sogenannte Capstans, durch Gasdruck aufgeblasen, um den Anzug zu straffen und einen ausreichenden mechanischen Gegendruck zu erzeugen, der den Atemdruck ausglich, der für die Vermeidung von Hypoxie in einer bestimmten Höhe notwendig war. Die David Clark Company stellte technische Unterstützung und Ressourcen bereit, und ein Prototyp des Anzugs wurde 1946 auf dem Wright Field in einer simulierten Höhe von 90.000 Fuß getestet . Henrys Entwurf wurde anschließend von der David Clark Company zum S-1- und T-1-Fluganzug weiterentwickelt, der von den X-1-Piloten verwendet wurde. Die X-1 wurde von der Douglas Skyrocket abgelöst , deren Ziel es war, Mach 2 zu überschreiten, weshalb ein verbesserter Druckanzug benötigt wurde. David Clark erhielt 1951 den Zuschlag für seinen ersten Volldruckanzug, den Model 4 Full Pressure Suit. Der Erstflug fand 1953 durch den USMC -Flieger Marion E. Carl statt, der damit als erster US-Militärflieger einen kompletten Druckanzug trug und gleichzeitig mit der Skyrocket einen inoffiziellen Höhenweltrekord aufstellte.

Der Bedarf der USA an Höhenaufklärungsflugzeugen wie der U-2 und an Abfangjägern sowjetischer Höhenflugzeuge führte in den 1950er Jahren dazu, dass die US Navy mit der Entwicklung eines Druckanzugs beauftragt wurde. In Zusammenarbeit mit BF Goodrich und Arrowhead Rubber entwickelte die US Navy mehrere Entwürfe, die in den Goodrich Mk III und IV mündeten. Der ursprünglich für den Einsatz in Flugzeugen vorgesehene Mk IV wurde später von der NASA mit Modifikationen für das Mercury-Programm als Navy Mark V verwendet . Zur gleichen Zeit erhielt David Clark den Auftrag zur Herstellung von Anzügen für das X-15 -Projekt; die von ihm entwickelten XMC-2-Anzüge gelten als die ersten US-amerikanischen Raumanzüge. ^{[ 10 ]}

Das RAF Institute of Aviation Medicine und die Royal Aircraft Establishment entwickelten einen Teildruckhelm, der in Kombination mit einem aus den USA beschafften Spillover-Anzug verwendet wurde. Walter Gibb und sein Navigator trugen diesen Anzug am 29. August 1955 bei einem Höhenweltrekordflug in einer English Electric Canberra . Die Evaluierung des Anzugs ergab jedoch, dass er den Träger behinderte und nicht optimal mit den RAF-Rettungssystemen harmonierte. Daraufhin schlug das RAF IAM einen Anzug mit minimaler Bedeckung vor, der Schutz bei einer Notlandung bieten sollte. Die RAF gab jedoch nie einen Teildruckanzug aus, sondern bevorzugte stattdessen Anti-G-Hosen in Verbindung mit Druckwesten (die mechanischen Gegendruck auf den Brustkorb des Trägers ausübten).

• Armstrong-Grenze  – Höhe, oberhalb derer Wasser bei Körpertemperatur siedet
• Dive Bomber  – Film von 1941, der Szenen über die Entwicklung des Druckanzugs zeigt.
• Umweltschutzanzug  – Kleidung, die zum Schutz einer Person in einer feindlichen Umgebung getragen wird
• Fluganzug  – Ganzkörperanzug
• Horten Ho 229  – Deutscher Prototyp eines strahlgetriebenen Nurflügel-Jagdflugzeugs (1944)
• Mechanischer Gegendruckanzug  – Raumanzug, der mithilfe elastischer Kleidungsstücke mechanischen Druck erzeugt.
• Navy Mark IV  – Raumanzug, der im Mercury-Projekt verwendet wurdeSeiten mit Kurzbeschreibungen der Weiterleitungsziele
• Überdruck-Personenanzug  – Luftdichter Industrieschutzanzug
• Raumanzug  – Kleidungsstück, das zum Schutz eines Menschen im Weltraum getragen wird

Die Wörterbuchdefinition von Druckanzug bei Wiktionary. Medien im Zusammenhang mit Druckanzügen bei Wikimedia Commons.

• Eine Doktorarbeit, die die Geschichte des Druckanzugs veranschaulicht.
• Schutzausrüstung für Piloten auf der Website von NPP Zvezda
• Lebenserhaltungssysteme für Piloten im U-2 / TR-1 Flugzeug.