作者：Bruce Flickinger

      大学研究人员在优化商务飞机机舱的气流模型时，发现许多能够有效抑制有毒物质和传染性物质传播的新方法。经过初步研究，他们决定开发出一种污染物警报和侦测系统，把污染源准确定位在每个人身上。

      这项工作很快就得到人们的高度重视，因为新方法可以用来对付恐怖分子的化学武器和生物武器攻击。今年夏天，有新闻报道，一名感染了致命肺结核病毒的乘客竟然畅通无阻地通过检查，搭乘几家航空公司的航班旅行，从而使同行的机组人员和乘客一直处于被传染上这种病毒的危险之下。|||ACER航空运输研究中心主任和美国普渡大学（West Lafayette校区）机械工程学院教授陈清焰博士说：“我们的模拟程序能够追踪通过空气传播的污染物的释放位置，然后根据软件，准确定位到机舱的某个座位上。公共安全的关键是准确找到污染源，因为谁越靠近污染源，受影响的可能性就最大。”

      这个系统是陈教授和其学生张腾飞博士共同设计完成，共使用了四个化学传感器和一台被他们称为“逆向模拟系统”计算机模型。这项技术把各种可能影响化学物质扩散模型的机舱变量都考虑了进去，例如气流、速度、温度，以及其他悬浮在空气中的气体和微粒的浓度。这个模型的原理是根据扩散出去的污染物的特征，逆向模拟传播其途径，最后找到污染源。陈博士说：“归根到底，这个系统是逆向追踪污染物扩散的过程，就好像污染物是从传感器传到污染源。”

      实验在双过道、四排座模拟机舱中进行。模拟机舱可容纳二十八名“乘客”，每个座位上都装有加热器来模拟人体体温对气流的影响，同时还用气管发出气体来模拟乘客的呼气。陈教授和张博士首先获得模拟机舱的详细气流资料，然后利用一种示踪气体作为污染物，建立示踪气体如何在整个机舱内运动的流体动力学计算机模型。

      陈教授发现座椅的摆放位置和通风系统对气流和“毒素”在机舱中的流动方向的影响远远超过飞机上搭载的乘客数量的影响。他说：“由于商务飞机的座位密度很大，占的空间也比较多，而且机舱内持续不断地供应的空气量也很大，所以乘客对气流和流动方向的影响相对比较小。因此，机舱内环境控制系统的空气决定了气流的特征。”因为由空气传播的污染物受到机舱内气流的控制，所以说“良好的环境控制系统是限制污染物传播最有效的办法，而且非常有利于污染物的检测”。

      

      商务飞机一般采用混合空气送风系统，以大约10十立方英尺/分的速率为乘客提供空气，所以整个机舱的空气每隔两到三分钟就循环更换一次。在这些系统中，高速空气流从舱顶入口以弧线方式吹向两侧舱壁，然后沿着地板流动，最后在机舱中部汇合。正是因为这种混合作用，病毒会传遍整个机舱。

      在今年年初发表在《建筑与环境》杂志上的一篇论文中，陈教授和张博士建议使用针对每位乘客的专用空气分配系统。在这样的系统中，空气喷嘴的出口对准每个乘客的呼吸区域，然后利用空气置换通风系统通过热卷流把空气推向天花板的出气孔。他们分析比较了这两种配送系统，得出的结论是，除了其他的优点之外，“专用空气分配系统能够有效地消除传染性疾病在机舱中扩散的风险。”逆向模拟计算程序就是这项工作使用的流体动力学计算机模型的一个成果。

      虽然最初的成果很令人激动，但是要想实现陈教授设想的预警和侦测系统并把它付诸实际运行，还有很多工作要做。陈教授说：“目前这个程序需要几周的时间才能完成模拟，所以无法实际应用。下一步工作是加快程序的模拟过程。”工作小组正在研究如何使用图形处理器来实现这个目标，同单核中央处理器相比，在图形处理器中有几百个微处理器同时在工作。陈教授说：“初步研究结果显示这个办法确实可行。在我们的模型中，数值计算需要进一步优化以加快计算效率。”

      

       “虽然这个模型的计算成本要比现有的其他模型高，但是它的精确性更高。”他说。例如，绝大多数现有的传感器系统只能侦测到有无污染物，但不能确定通过空气传播的接触传染性物质来源。陈教授认为，这项技术不仅可以在飞机上使用，还能在建筑物和其他公共交通工具上得到应用。

      

      另一个难点是需要为每种不同类型的飞机建立一套计算机模型，而且还要在整个机舱内安装针对不同生物和化学物质的传感器。但是，陈教授说，如果传感器的灵敏度足够高，那么每九排座位只要一个传感器就足以应付各种污染的检查了。他认为，逆向模拟程序在未来几年内就有可能在商务飞机上投入使用。

      目前的工作是制定设计和开发适合飞机的最理想的环境控制系统和传感器系统。特别是生物传感器，目前的生物传感器的反应速度太慢，无法实时侦测传染物。陈教授说：“最关键一步的是要找到能够实时侦测多种化学或生物媒质的高精度传感器。”