友善天空飞行,无污染

航空公司使用数学模型和强大的处理器来检测和定位飞机客舱污染物

五月份,安德鲁·斯皮克身患耐药性结核病却乘坐飞机跨越大西洋,此事引发的担忧已经逐渐平息。但这为研究人员增添了动力,促使他们完成传感器的开发工作,这种传感器不仅可以立即检测和定位患病的航空旅客,还可以检测和定位那些怀有更险恶目的的人,例如用危险的生物或化学物质污染空气。

航空客舱环境研究卓越中心的研究人员正在测试一个系统,该系统使用数学模型和传感器,旨在精确定位问题乘客的具体座位号,并向飞行和地面人员发出紧急情况警报。

普渡大学机械工程教授兼该中心主任(该中心由美国联邦航空管理局 (FAA) 成立并资助)陈清焰(音 Chin-Yan)表示,成功追踪飞机客舱威胁源头的关键是逆向计算流体动力学建模,它可以分析物质如何在客舱内扩散,然后反向运行扩散过程以找到其来源。传感器跟踪气流模式,并收集与空气中的温度、速度以及气体和颗粒浓度等因素相关的数据。


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为了在尽可能真实的环境中测试他们的传感器技术(而不会危及实际航班上不知情的度假者或商务旅客),陈和他的团队正在普渡大学 Ray W. Herrick 实验室的模拟飞机客舱中工作。这个乘客客舱非常逼真,甚至连一排排不舒适的座椅都与真飞机无异(虽然遗憾的是没有不新鲜的花生或椒盐卷饼),它配备了三个传感器,并再现了乘客的呼气和体热,以及飞机的环境控制系统,该系统提供新鲜和再循环空气。研究人员表示,使用这种装置,他们已经能够将空气传播物质追踪到飞机客舱内距离其来源约两英尺的范围内。

在这个阶段,研究人员正在开发数学模型,这些模型可以写入操作这种跟踪系统所需的软件中,并且正在学习在客舱内何处放置传感器,以便准确地将危险的空气传播物质追溯到其来源。

陈说,以斯皮克为例——这位美国律师不顾结核病的警告出国旅行——如果一个被编程为识别结核病毒的传感器检测到它的存在,“那么我们的模型将为您提供关于结核病毒何时、何地以及释放到客舱多少的实时信息,”他补充说,航空公司甚至可以安装一个特殊的过滤器,以帮助从客舱空气供应中去除结核病毒。

在构建一个工作传感器方面,技术挑战比比皆是,该传感器需要具有在紧急情况下快速警报航空公司的计算速度,但也要足够便宜,以便资金紧张的航空公司能够使用。“我们的模型非常复杂,需要大量的计算能力,”陈说。“如果您使用台式电脑,完成这些计算将需要数天时间。”陈和他的团队不仅在研究更快的 CPU,还在研究视频游戏玩家赖以获得更逼真图像的超高速显卡。

奥本大学教授兼该中心执行主任威廉·盖尔说:“该中心的长期目标是影响飞机设计,以改善空气质量。“你需要知道污染物在客舱内的位置,” “如果有人开始咳嗽,谁会受到气溶胶的影响?”

2004 年,美国联邦航空管理局根据国会指令成立了该中心,以研究亚洲爆发严重急性呼吸综合征 (SARS) 后飞机客舱内的空气质量问题,SARS 随后蔓延到北美、南美和欧洲的二十多个国家。到目前为止,国会已为这项工作拨款超过 1000 万美元;陈估计,他的团队迄今为止的工作已花费约 50 万美元。该中心与 20 多家公司合作,包括飞机制造商波音、达美航空公司和 GE 航空。

撇开科学技术不谈,实施安全措施的最大障碍也许是航空公司最近的财务困境。“由于如此多的航空公司正在摆脱破产保护,”陈说,“我们希望国会能够资助它。”

说到财务困境,昨天有九人对这位环球旅行的结核病患者提起了 130 万美元的诉讼,指控他可能使他们感染了这种疾病。

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