喷嚏颗粒如何在飞机内部传播

一开始，视频显示的是一架拥挤的客机的虚拟内部。然后突然间，坐在中间的一名乘客“打了个喷嚏”。数百个五颜六色的颗粒被喷射到空中，形成一团彩虹斑点云，笼罩在每个人头顶上。云层消散，颗粒散开，落到坐在生病乘客旁边的少数不幸的人身上。

最后，颗粒物扩散到了整个机舱，但坐在“打喷嚏者”左侧和右侧的人感染风险最高。

这个模拟视频只是揭示了流感病毒颗粒在加压飞机客舱中传播的众多方式之一。ANSYS 是一家专门从事精确模拟软件的公司，该公司负责模拟这些高空飞行的传染场景。ANSYS 使用计算流体动力学来模拟飞机中的气流模式，以帮助航空公司和卫生官员追踪流感病毒颗粒在 39,000 英尺高空的分布情况。您可以在下面观看他们的模拟视频：

ANSYS 航空航天和国防工业总监罗伯特·哈伍德向《大众科学》杂志解释道：“这些颗粒的颜色可以告诉你物质的去向。这些液滴被气流卷起，并被带到整个机舱。它们实际上传播得相当远。”

尽管埃博拉病毒的传播可能牵动着每个人的心，但重要的是要记住，埃博拉病毒不是通过空气传播的病原体。如果有人在飞机上打喷嚏，你不会感染它。然而，流感确实通过空气传播，它对美国的威胁更大，根据美国疾病控制和预防中心的数据，它每年影响数千万美国人，导致多达 49,000 人死亡。

“这些飞沫被气流卷起，散布到整个机舱。它们实际上传播得相当远。”

由于流感疫苗不能提供 100% 的保护，卫生官员一直在寻找减少病毒传播的方法。为此，他们经常求助于飞机——这是病原体最有效的旅行方式之一。飞机客舱里挤满了数百名乘客，挤在一起无法逃脱，机舱可能是流感的完美滋生地；只需要一名生病的乘客，流感就会开始。

自 2002 年 SARS 爆发以来，查明流感病毒如何在飞机上传播一直是美国联邦航空管理局关注的问题。“疫情在世界各地都爆发过，亚洲、非洲和欧洲都有，”哈伍德说。“疫情爆发得如此之快，是因为人们乘坐飞机传播了病原体。”

SARS 爆发后，美国联邦航空管理局成立了客机客舱环境研究卓越中心，以确保飞机乘客的安全和健康。该项目测试了许多用于病原体追踪的新技术，包括新的客舱传感器系统和污染缓解技术。ANSYS 的仿真技术正是从那时开始进入航空领域。

“在传统工程中，你会想出一个想法，建立一个模型或原型，然后进行测试和修改，直到得到你想要的产品，”Harwood 说。“在我们从事的行业中，在切割金属之前，你会使用计算机模拟该产品的物理行为，以减少修改。”

ANSYS 通常开发用于工程、物理、结构力学、弹性、碎片等的模拟软件。他们的技术可以告诉你咖啡杯的把手是否足够坚固，或者飞机机翼在空中是否具有最佳升力和阻力。然而，该公司还能够模拟流体的空气动力学，这使得他们的软件成为绘制密闭空间内流感传播情况的理想选择。因此多年来，普渡大学 FAA 卓越中心的科学家一直在研究 ANSYS 模拟，进一步了解病原体在加压舱中的传播机制。

在飞机内，空气不断从天花板的进气口被泵入，并通过乘客脚下的通风口循环排出，这使得气流模型的创建相当复杂。“每隔两分钟，飞机内就会有一组全新的空气，”哈伍德说。为了使他们的气流模拟尽可能逼真，普渡大学的研究人员考虑了可能影响气流速度和方向的所有因素，从头顶空调喷嘴的位置到乘务员推食品和饮料车时产生的气流。

考虑到所有这些变量，科学家们可以创建数百种细菌和其他污染物在飞机内传播的场景。然后他们利用所学知识向联邦航空管理局提出建议，以打造更好、更安全的客舱区域。“自从这项工作真正开始以来，我们已经拥有了更先进的乘客环境，”哈伍德说。“这是对抗流感和其他细菌的关键防御战场。”

ANSYS 的软件还能帮助航空公司以低成本改善客舱环境。通过模拟新空调系统对气流的影响，航空公司可以确定哪些系统可以以最低成本减少细菌传播。

“航空公司一直在努力权衡：飞机上安装的系统越多，重量就越重，成本也就越高，”哈伍德说。“他们希望航班最便宜，但同时也希望乘客健康。我们的技术很有用，因为他们可以了解如何实现这一目标，并在不牺牲成本的情况下提高性能。”