Основные условные обозначения сокращения и индексы

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ СОКРАЩЕНИЯ И ИНДЕКСЫ

 

Основные условные обозначения

H, h – высота полета, м (км)

p – давление газа, Па

ρ – плотность газа, кг/м³

Г – процентное содержание кислорода в воздухе

– парциальное давление кислорода в легких, Па

β _отн – коэффициент относительного расширения газов

р _ко – давление в кабине до разгерметизации, Па

р _к – давление в кабине после разгерметизации, Па

τ,t – время

Т – температура, К

n – коэффициент перегрузки

g – ускорение свободного падения, м/с²

f – площадь, м²

Q_i – потребный объем кислорода, л

q – легочная вентиляция, л/мин

V _б – емкость баллона, л

z – количество газификаторов

g _ут – удельные утечки воздуха, л/час.м³

F _гк – удельная площадь эквивалентного отверстия, мм²/м³

W _гк – объем гермокабины, м³

R – универсальная газовая постоянная, Дж/кг∙К

m _п – количество воздуха, подаваемое в гермокабину, кг

m _в – количество воздуха, выпускаемое из гермокабины, кг

m _ут – количество воздуха, утекающее из гермокабины, кг

V_y – вертикальная скорость, м/с

Q – тепловой порок, Вт

η – коэффициент полезного действия

с_р – удельная теплоемкость рабочего тела, Дж/кг∙К

 

Основные сокращения

ГК – гермокабина

ППК – противоперегрузочный костюм

АД – автомат давления

ТРЖК – транспортный резервуар жидкого кислорода

СКГ – самолетный жидкостный газификатор

КП – кислородный прибор

КМ – кислородная маска

КЖ – компенсирующий жилет

ВКК – высотно-компенсирующий костюм

ГШ – гермошлем

ЗШ – защитный шлем

ОК – обратный клапан

СКВ – система кондиционирования воздуха

ВВР – воздухо-воздушный радиатор

ТО – теплообменник

ВВТ – воздухо-воздушный теплообменник

ВЖИ – воздухо-жидкостной испаритель

ТВТ – топливно-воздушный теплообменник

ТХ (ТХМ) – турбохолодильник (турбохолодильная машина)

КПД – коэффициент полезного действия

ПК – предохранительный клапан

АРН – автомат регулирования напора

ССП – система сигнализации пожара

ДПИ – датчики первичной информации

ППС – противопожарная сигнализация

НГ – нейтральный газ

ПОС – противообледенительная система

ЭИ ПОС – электроимпульсная ПОС

 

Индексы

H, h – параметр высоты полета

альв – альвеолы

кисл – кислород

пр – продольный

попер – поперечный

эк – экипаж

пасс – пассажир

пот – потери

п – подача

в – выпуск

гк – гермокабина

доп – допустимый

а – атмосфера

ст – стенка

об – оборудование

ост – остекление

с – лучистая энергия поглощения

пог – пограничный

гор – горячая стенка

хол – холодная стенка

* – параметр торможения

вх – вход

вых – выход

др – дроссель

ред – редуктор

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современные летательные аппараты решают широкий круг вопросов, как в гражданской, так и в военной областях. Увеличение скоростей и высот полетов и постоянное усложнение задач авиации привело к необходимости создания на самолетах комплекса систем. Совокупность этих систем обеспечивает не только решение каждой конкретной задачи, но и создает необходимые условия жизнедеятельности и безопасности, как экипажа, так и пассажиров.

Современный летательный аппарат, в общем случае, имеет в своем составе следующие основные компоненты (системы):

1) планер;

2) силовая установка;

3) взлетно-посадочные устройства;

4) система управления;

5) энергосистема (гидро и пневмосистемы);

6) электросистема;

7) пилотажно-навигационная система;

8) радиотехническое оборудование;

9) системы жизнеобеспечения;

10) пассажирское или специальное оборудование.

Независимо от типа и назначения любой самолет обязательно оснащен системами 1…4. В соответствии с Едиными нормами летной годности гражданских транспортных самолетов, последние оснащаются дополнительными функциональными системами (8,9,10) и бортовым оборудованием (5,6,7).

Учитывая специфику изучаемой дисциплины, в данном учебном пособии рассматриваются следующие подсистемы ЛА:

- индивидуальные системы обеспечения жизнедеятельности;

- системы кондиционирования воздуха;

- гидравлические и газовые системы;

- противопожарное оборудование;

- противообледенительное оборудование.

Следует отметить, что указанные подсистемы создаются неразрывно с проектируемым самолетом, и они обретают необходимую «архитектуру» только на конкретном самолете.

Источники кислорода

Тип источника кислорода на борту самолета определяется, в основном, общей массой кислорода, необходимого для обеспечения одного полета с учетом возможной разгерметизации кабины.

В качестве источников кислорода в авиационных системах кислородного питания (СКП) можно выделить следующие: баллоны высокого и низкого давления; газификаторы; химические генераторы и бортовые газоразделительные аппараты.

Баллонные источники

Наиболее распространенным в настоящее время является баллонные источники (предпочтительный ряд объемов баллонов составляет в литрах: 2, 4, 6 и 8).

Рис. 2.1. Формы кислородных баллонов: 1 – цилиндрический (высокого давления); 2 – цилиндрический сварной (низкого давления); 3 – сферический; 4 – цилиндрический с наружной оплеткой

Основное преимущество баллонной системы состоит в многоразовости использования баллонов и возможности находиться под давлением неограниченно долгое время.

Баллонные системы имеет существенный недостаток – относительно большой массовый коэффициент (масса пустого баллона, приходящаяся на единицу массы помещенного в него кислорода). Для баллонов из легированной стали большой емкости (более 25 л) при запасе прочности, равном 3...4, давлении зарядки 21 МПа массовый коэффициент составляет (2,2…2,5) кг/л. Форма баллонов показана на рис. 2.1.

Цилиндрические баллоны высокого давления обычно изготавливаются из отрезков толстостенных бесшовных труб, концы которых при горячей ковке превращаются в днище и горловину, толщины которых значительно увеличиваются.

Сферические баллоны свариваются из двух штампованных половин.

Для изготовления кислородных баллонов непригоден титан, так как он нестоек к действию кислорода и интенсивно окисляется под высоким давлением. Для облегчения баллонов иногда применяется армирование их внешней поверхности стекловолокном или металлической проволокой.

Жидкостные газификаторы

Кислород в сжиженном состоянии хранится на борту самолетов в специальных теплоизолированных сосудах-газификаторах под небольшим избыточным давлением. Массовый коэффициент (кг/л) газификаторов большой емкости (более 15 кг) составляет 1... 1,5, малой (менее 15 кг) – 1,6…2.

Применение жидкостных газификаторов целесообразно на самолетах с большим количеством экипажа и значительной продолжительностью полета. Однако при хранении кислорода газификатор имеет существенные потери вследствие испарения кислорода и поэтому малопригоден для длительного хранения.

Жидкий кислород имеет удельную массу 1,14 кг/л при температуре минус 182,98°С (точка замерзания составляет -222,6°С). Для превращения 1 кг жидкого кислорода в газообразное состояние с подогревом от -183 до +20°С необходимо подвести 0,4 кДж тепла. Небольшая теплота испарения представляет основную трудность при хранении жидкого кислорода.

Газификатор состоит из сосуда Дьюара, предназначенного для хранения жидкого кислорода, системы газификации жидкого кислорода с автоматическим регулированием давления и системы контроля запаса жидкого кислорода.

Принципиальная схема газификатора показана на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема самолетного газификатора жидкого кислорода: 1 – теплоизоляционный сосуд; 2 – электромагнитный кран; 3 – испаритель; 4 – кран; 5 – ограничитель давления; 6 – обратный клапан линии заправки; 7 – предохранительный клапан; 8 – кран линии дренажа, открываемый при заправке

Заправка газификатора жидким кислородом осуществляется от транспортного резервуара жидкого кислорода (ТРЖК). Сосуд 1 заправляется жидким кислородом через штуцер с обратным клапаном 6, который под действием избыточного давления жидкого кислорода (до 200 кПа), создаваемого в ТРЖК, открывается и дает доступ жидкому кислороду в сосуд. При заправке СКГ вентиль 8 должен быть открыт (для выхода газа из сосуда). Чтобы жидкий кислород при заправке не поступал в испаритель 3 (это увеличивает время заправки и потери кислорода), электромагнитный клапан 2 должен находиться в закрытом положении. Вентиль 4 – «кислород потребителю» расходной магистрали должен быть закрыт. Во время заправки ограничитель давления 5 и предохранительный клапан 7 не работают.

В первый момент подачи от ТРЖК в СКГ жидкий кислород расходуется на охлаждение заправочной магистрали и сосуда, испаряется и в виде газа выходит за борт через штуцер 8 «кислород в атмосферу при заливке». В испаритель 3 кислород не поступает, так как в нем при заливке устанавливается давление, равное давлению заправки. При полностью заправленном сосуде указатель запаса кислорода показывает 100%, а из штуцера 8 пойдет устойчивая струя жидкого кислорода. После окончания заправки шланг ТРЖК отсоединяется от бортового штуцера «залив кислорода». При этом обратный клапан 6 закрывается и препятствует выбросу жидкого кислорода в атмосферу.

При хранении кислорода в СКГ под давлением электромагнитный клапан 2, вентили 4 и 8 должны быть закрыты. Под действием притока теплоты из окружающей атмосферы кислород в сосуде будет частично испаряться, в связи, с чем давление в сосуде 1 будет повышаться. При повышении давления в сосуде до 1,02 ±0,02 МПа открывается предохранительный клапан 7 и стравливает избыток кислорода в атмосферу.

Для пользования кислородом открывается кран 4 в положение «газификация» и включается электромагнитный клапан – СКГ пускается в работу. Жидкий кислород под действием статического столба жидкости поступает из сосуда 1 в испаритель 3, где преобразуется в газовую фазу. Испаритель на части своей длины имеет двойной канал. По одному из них кислород поступает к потребителю, а по второму – к ограничителю давления 5. Кислород из испарителя 3 через открытый клапан 5 поступает по центральной трубке в газовую полость сосуда. При испарении жидкого кислорода давление во всей системе и сосуде повышается и, как только оно достигнет величины (0,85 ± 0,05) МПа, срабатывает ограничитель давления 5 и закрывает доступ газа в сосуд из испарителя. Рост давления в сосуде прекратится. Жидкий кислород в испарителе 3, испаряясь после закрытия ограничителя давления 5, выдавливает остатки жидкого кислорода в сосуд. Отбор кислорода потребителем через кислородные приборы происходит из испарителя 3 при открытии вентиля 4 – «кислород потребителю».

Рис. 2.3. Схема устройства хлоратного химического генератора кислорода: 1 – пусковое (запальное) устройство; 2 – хлоратная «свеча»; 3 – теплоизолятор; 4 – фильтр вредных примесей

При расходе кислорода потребителем давление в системе и сосуде начинает падать и при достижении величины ниже (0,85+0,05)МПа открывается ограничитель давления 5. Жидкий кислород из сосуда вновь поступает в испаритель 3, где газифицируется. Давление в системе и в сосуде вновь повышается до (0,85 ± 0,05) МПа. Ограничитель давления 5 закрывает проходное сечение. Таким образом, ограничитель давления 5 прикрывает проходное сечение при возрастании давления в сосуде и испарителе и, наоборот, увеличивает проходное сечение при уменьшении давления в сосуде и испарителе, т.е. обеспечивает регулирование и поддержание рабочего давления в газификаторе при его работе.

Когда газообразный кислород не расходуется, жидкий кислород удерживается в сосуде с помощью гидравлического затвора в сливной трубке, которая выполнена в виде сифона.

Давление в сосуде может расти и выше 0,9 МПа, если испаряемость кислорода превышает его расход потребителем. При избыточном давлении (1,02 ± 0,02) МПа предохранительный клапан 7 приоткрывается и стравливает избыток давления в атмосферу, а при давлении в 1,15 МПа клапан открывается полностью.

В газификаторах испарившийся в испарителе кислород перед подачей его потребителю подогревается в змеевике, смонтированном в кожухе газификатора. Здесь горячий воздух обдувает испаритель, и дополнительный подогрев газообразного кислорода перед кислородными приборами не требуется.

Химические источники

Химические генераторы кислорода представляют собой аппараты, в которых кислород выделяется из химических веществ путем их термического разложения, электролиза или иного вида реакции.

Рис. 2.4. Схема устройства хлоратного химического генератора кислорода: 1 – электрозапальное устройство; 2 – химические генераторы кислорода; 3 – обратный клапан; 4 – фильтр примесей; 5 – баллон-ресивер; 6 – редуктор; 7 – световое табло, «сигнализирующего о наличии кислорода; 8 – сигнализатор давления; 9 – блок электроавтоматики поочередного запуска генераторов

Применяемые на некоторых самолетах химические генераторы кислорода используют реакцию разложения алкалоидов металлов (хлоратов, перхлоратов). При их разложении может выделяться до 40...50% кислорода от общей массы. Необходимость использования устройств для охлаждения выделяемого кислорода и для очистки его от вредных примесей повышает относительную массу аппарата, приближая ее к относительной массе баллонов. Большим преимуществом хлоратных генераторов кислорода является возможность их длительного хранения практически без эксплуатационных затрат. Это особенно важно для запаса кислорода аварийного назначения, который должен находиться в постоянной готовности к работе. Схемы устройства генератора и системы с его использованием даны соответственно на рис. 2.3 и 2.4.

Бортовые разделители кислорода. Другим перспективным направлением развития самолетных источников кислорода следует считать создание бортовых аппаратов для получения кислорода из атмосферного воздуха непосредственно в полете.

Схема одного из возможных вариантов такого аппарата представлена на рис. 2.5. Отделение кислорода в этом аппарате производится при помощи так называемых хелатных соединений. При низкой температуре и высоком давлении эти вещества сорбируют кислород из воздуха, а при последующем нагреве и вакуумировании поглотительного патрона происходит десорбция кислорода. Реализация подобной системы в приемлемом для самолетных условий варианте с учетом лимитов массы, габаритных размеров, а также требований по ресурсам и эксплуатационной технологичности позволит иметь автономный постоянный источник кислорода, не зависящий от продолжительности полета и не требующий заправки на земле.

Особенности эксплуатации кислородного оборудования

Специфической особенностью эксплуатации кислородного оборудования является повышенная опасность возникновения пожара и взрыва в результате взаимодействия материалов с кислородом или с обогащенным кислородом воздухом. Поэтому выбор конструкционных материалов и технических решений при проектировании кислородного оборудования обусловлен выполнением, необходимых требований безопасного применения.

Рис. 2.5. Схема установки для получения кислорода из воздуха, действующей на базе хелатных соединений: 1 – подача сжатого воздуха от системы наддува кабины (от компрессора двигателя); 2 – кран; 3 – патрон с хелатным соединением в стадии сорбции кислорода; 4 – кран; 5 – выброс воздуха в кабину; 6 – патрон с хелатным соединением в стадии десорбции кислорода; 7 – нагревательный элемент; 8 – к компрессору; 9 - компрессор; 10 - ресивер; 11 - на потребление

Прежде всего, должно быть исключено применение легко воспламеняемых и интенсивно горящих или образующих взрывчатые смеси веществ.

При эксплуатации кислородного оборудования могут возникать непредвиденные утечки кислорода из системы и повреждения, при которых создается повышенная концентрация кислорода в зонах ограниченного объема: отсеках, контейнерах и т.п. Опасность в этом случае усугубляется тем, что кислород вступает в контакт с материалами, не предназначенными для работы в такой атмосфере.

С учетом этого обстоятельства при компоновке кислородного оборудования на борту самолета необходимо обеспечивать размещение агрегатов и трубопроводов в хорошо вентилируемых местах в максимально возможном удалении от легковоспламеняющихся материалов и от вероятных источников воспламенения (искробразующих электроприборов и т.п.).

Применение надлежащим образом обезжиренных и очищенных трубопроводов из меди, никеля и сплавов на основе меди практически полностью исключает вероятность загорания при контакте с кислородом, находящимся под давлением до 40 МПа и более. Однако, в целях снижения массы и стоимости трубопроводов целесообразно, где возможно, применять трубопроводы из алюминиевых сплавов или нержавеющей стали.

Кислородные маски

Наиболее простым способом защиты от гипоксии является подача обогащенной кислородом газовой смеси или чистого кислорода через кислородную маску (КМ). Кислородные маски служат для подвода кислорода (или кислородно-воздушной смеси) непосредственно к органам дыхания и изоляции их от окружающей атмосферы. Она представляет собой резиновый колпачок фигурной формы, плотно прилегающий к лицу человека. К маске по шлангу подводится кислород или обогащенный кислородом воздух. На высотах свыше 12 км необходимо дыхание чистым кислородом под избыточным давлением, по отношению к атмосферному давлению p_H.

По конструкции они разделяются на маски открытого и закрытого типа.

Кислородные маски открытого типа

Маски открытого типа, предназначены для пассажирских самолетов. Их главное преимущество – простота конструкции и удобство обращения с маской. На рис. 2.13 показана схема кислородной маски КМ-19 с дополнительной емкостью-мешком, применяемым в комплекте с кислородным прибором коллективного пользования КП-32 (для 20 человек) на пассажирских самолетах. Маска КМ-19 работает следующим образом.

Рис. 2.13. Кислородная маска КМ-19 с дополнительной емкостью: 1 – корпус маски; 2 – проволочная дужка; 3 – клапан выдоха; 4 – патрубок; 5 – дыхательный мешок; 6 – трубка; 7 – шланг подачи кислорода; 8 – тесьма крепления

Кислород подается непрерывным потоком по тонкому шлангу 7 и перфорированной трубке 6 в дыхательный (резиновый) мешок 5. Этот мешок широким патрубком 4 соединен с корпусом маски 1. При выдохе начальная порция воздуха, более богатая кислородом, наполняет мешок 5; остальной выдыхаемых воздух, насыщенный углекислотой, выпускается через два клапана выдоха 3. В момент вдоха человек сначала вдыхает все содержимое мешка с последующим дополнительным подводом кислорода из прибора. Таким образом, мешок уменьшает сопротивление вдоху и позволяет сократить расход кислорода. Для подгонки корпуса маски по переносице служит проволочная дужка 2, а дли крепления маски на голове – тесьма 8.

Кислородное оборудование пассажирского самолета обеспечивает подачу дыхательной смеси по следующей схеме:

- до 9 км – смесь О₂ и атмосферный воздух;

- на высотах 9…12 км – чистый О₂ с небольшим избыточным давлением;

- на высотах более 12 км – чистый О₂ с избыточным давлением, возрастающим с высотой полета.

Преимущества: удобны в эксплуатации, имеют малое сопротивление на вдохе, постоянный состав дыхательной смеси даже при неплотном прилегании маски.

Недостатки: большой непроизводительный расход кислорода.

На современных пассажирских самолетах возможно быстрое надевание маски, так как в случае падения давления в кабине маска автоматически выбрасывается из ячейки, расположенной под потолком кабины, и повисает на своем шланге перед лицом пассажира.

Кислородные маски закрытого типа

Кислородные маски закрытого типа в свою очередь подразделяются на маски без избыточного и с избыточным давлением.

КМ без избыточного давления (рис. 2.14) по конструкции просты: корпус маски с обтюратором 1, клапаны вдоха 2 и выдоха 4. Под маской поддерживается давление окружающей среды и поэтому в негерметичных кабинах они могут использоваться летчиками при полетах на высотах до 12 км и в аварийных условиях кратковременно – до 13,5 км.

Рис. 2.14. Схема устройства кислородной маски без избыточного давления: 1 – корпус маски с обтюратором; 2 – клапан вдоха; 3 – шланг; 4 – клапан выдоха

Принципиальная схема маски с избыточным давлением и общий вид показаны вместе с защитным шлемом на рис. 2.15.

Кислород поступает в маску во время вдоха через гофрированный шланг и клапан вдоха. Последний состоит из собственно резинового клапана тарельчатой формы и пластмассового седла.

Рис. 2.15. Схема устройства кислородной маски с избыточным давлением: 1 – жесткий каркас КМ; 2 – каска ЗШ; 3 – пневмокамера, обеспечивающая притягивание маски к лицу при создании в ней избыточного давления; 4 – замок крепления маски к ЗШ; 5 – трубка для подвода кислорода из-под маски в камеру 3; 6 – компенсированный клапан выдоха; 7 – трубка к источнику компенсирующего противодавления

Клапан выдоха предназначен для удаления выдыхаемой газовой смеси как при отсутствии, так и при наличии избыточного давления в маске. Для этого лепестковый клапан выдоха поджимается к своему седлу резиновым клапаном-мембраной 6, внутренняя полость которого трубочкой 7 соединяется с линией вдоха или с регулятором давления маски. Когда на высотах более 12 км в маску поступает кислород с избыточным давлением, то же давление действует изнутри клапана-мембраны 6, уравновешивает давление в маске, и клапан не может самопроизвольно открываться. Тем более он будет закрыт во время вдоха, когда в маске понижается давление.

При выдохе давление в маске повышается, клапан-мембрана 6 отходят от седла и выдыхаемая смесь через окна в корпусе клапана удаляется в атмосферу. Для более герметичного прилегания маски к лицу служит компенсатор натяга 3, закрепленный на шлемофоне. При создании избыточного давления в маске резиновые камеры компенсатора раздуваются и натягивают тесьму крепления маски 4.

Преимущества: автоматическое поддержание заданного процентного содержания кислорода в зависимости от высоты, экономичны, используются в качестве летного противогаза.

Недостатки: значительное сопротивление на вдохе, сложность эксплуатации.

Применение различных масок определяется как смесевым составом дыхательной смеси, так и давлением ее подачи: на высоте до 9 км дыхательная смесь без избыточного давления с увеличением содержания кислорода до 100%; на высотах 9…12 км подача кислорода под маску осуществляется под небольшим избыточным давлением для исключения подсоса окружающего воздуха; на высотах более 12 км подача кислорода должна осуществляться под возрастающем по высоте давлением.

Личное снаряжение летчика

Компенсирующий жилет

Рис. 2.15а. Схема компенсирующего жилета: 1 – КМ; 2 – дыхательно-компенсирующая камера; 3 – оболочка жилета

При избыточном давлении в легких свыше 3,3 кПа дыхание быстро расстраивается, резко падает работоспособность. Чтобы облегчить дыхание человека в этих условиях, достаточно применения компенсирующего жилета (КЖ), который создает механическое давление на грудную клетку и живот, равное давлению в легких.

КЖ изготавливается из малорастяжимой ткани и плотно подгоняется по фигуре летчика (рис. 2.15а). В области грудной клетки под жилет помещается соединенная с маской пневмокамера 2, давление в которой компенсирует давление внутри легких, помогая производить выдох.

Тем не менее, КЖ не обеспечивает равномерной компенсации давления по всему туловищу. Более того, в случае его использовании увеличивается отток крови в голову и конечности.

Личное снаряжение летчика, входящее в комплект высотного кислородного оборудования самолета, состоит из высотно-компенсирующего костюма, герметического шлема или защитного шлема с кислородной маской, вентилируемого костюма и парашютного кислородного прибора.

Высотно-компенсирующий костюм

Рис. 2.16. Схема высотно-компенсирующего устройства: а – с пневмотрубками; б – с пневмокамерами; 1 – оболочка комбинезона из малорастяжимой ткани; 2 – тесьма натяжного устройства; 3 – трубка (дутик) натяжного устройства; 4 – пневмокамера

При избыточном давлении дыхательной смеси, превышающем давление окружающей среды на 5,3 кПа, наступает расстройство не только дыхания, но и кровообращения: кровеносные сосуды конечностей не могут противостоять повышению давления крови и расширяются, что приводит к застойным явлениям в них, а также к ухудшению кровоснабжения головного мозга.

Компенсация избыточного давления крови в конечностях возможна с помощью высотно-компенсирующего костюма (ВКК).

Этот костюм изготавливается в виде плотно подгоняемого по фигуре летчика комбинезона (с перчатками и носками) из малорастяжимой ткани. Механическое давление на поверхности тела создается либо с помощью трубок натяжного устройства (рис. 2.16, а), либо с помощью пневмокамер (рис. 2.16, б).

Конструктивная схема натяжных устройств ВКК трубчатого типа показана на рис. 2.17. Силовая схема натяжного устройства представляет собой петлю в форме восьмерки, в малый круг которой вставлена трубчатая пневмокамера. При наполнении газом камера увеличивается в диаметре и через натяжные тесемки стягивает большой круг, т. е. обжимает тело.

Однако такая конструкция натяжных устройств не обеспечивает равномерного обжатия по периметру тела, особенно его вогнутых частей

Рис. 2.17. Схема элемента натяжного устройства высотно-компенсирующего костюма: 1 – шнуровка для индивидуальной подгонки ВКК по фигуре летчика; 2 – оболочка комбинезона из малорастяжимой ткани; 3 – тесьма натяжного устройства; 4 - пневмокамера

Этого недостатка лишены натяжные устройства с пневмокамерами низкого давления (рис. 2.16, б). Общим недостатком костюмов с пневмокамерами, закрывающими туловище полностью или большую его часть, является то, что они могут применяться только при наличии эффективной системы вентиляции пододёжного пространства.

ВКК с натяжным устройством (рис. 2.18, а) имеют минимальную поверхность, покрытую пневмокамерами, что повышает гигиеничность и улучшает естественную вентиляцию этого костюма, но снижает эффективность компенсации давления, особенно в области подмышечных впадин и паха. Кроме того, натяжение комбинезона в области грудной клетки существенно затрудняет дыхание, так как препятствует подвижности ребер. Для устранения указанных недостатков применяют ВКК комбинированного типа (см. рис. 2.18, б), в которых натяжное устройство сочетается с дыхательно-компенсирующей камерой, выполненной по всему периметру тела. Необходимость вентиляции этого участка тела ограничивает зону размещения.

Наибольшее распространение получили ВКК с натяжными устройствами, в которых для улучшения компенсации давления в области живота применяется плоская камера, соединенная с системой дыхания, так называемый брюшной компенсатор, установленный под оболочкой костюма.

Масса ВКК составляет 2,8...3,4 кг.

ВКК должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- оказывать на всю поверхность тела человека равномерное давление, равное давлению газа в легких;

- уменьшать нагрузку на дыхательную мускулатуру;

- не стеснять движений летчика;

- быть газопроницаемыми;

- надеваться и сниматься без посторонней помощи; быстро приводиться в состояние готовности.

Герметический шлем

Рис. 2.18. Типовые конструктивные схемы высотно-компенсирующего костюма: а – ВКК с механической компенсацией; б – ВКК с пневмомеханической компенсацией; 1 – комбинезон; 2 – шнуровка; 3 – натяжные камеры; 4 – дыхательно-компенсирующая камера

В случае применения ВКК с КМ при избыточном давлении дыхательной смеси по сравнению с окружающей средой более 10 кПа происходит расстройство зрения и слуха. Создать внешнее механическое противодавление на глаза и уши невозможно, поэтому для обеспечения продолжительного дыхания под избыточным давлением более 10 кПа вместо КМ применяется герметический шлем (ГШ) (рис. 2.19.). ВКК с ГШ позволяет довести избыточное давление в легких до 19,3 кПа (и более), т. е. обеспечить условия дыхания практически на любой высоте.

Рис. 2.19. Схема устройства гермошлема высотно-компенсирующего снаряжения: 1 – каска; 2 – шейный герметизирующий клапан; 3 – оболочка комбинезона ВКК; 4 – трубка к источнику компенсирующего противодавления; 5 – компенсированный клапан выдоха; 6 – шланг подачи кислорода на дыхание; 7 – клапан вдоха; 8 – смотровое остекление

Время пребывания в компенсирующем снаряжении на высотах более 12 км ограничено в силу особенностей механической компенсации. Поэтому высотно-компенсирующее снаряжение может рассматриваться лишь как аварийное средство, позволяющее в случае разгерметизации кабины быстро снизиться на безопасную высоту.

Применение ВКК с ГШ целесообразно на самолетах, летающих на высотах более 20 км, либо при невозможности аварийного снижения на высоту 12 км в течение нескольких минут.

ГШ безмасочного типа выполняет все функции КМ. Кроме того, он полностью изолирует голову от наружной атмосферы, защищает ее от ударов, а лицо от скоростного напора воздуха при катапультировании.

Органическое стекло смотрового щитка склеено из двух слоев, между которыми помещены нагревательные элементы из проволоки. Электрообогрев предохраняет смотровое стекло от запотевания и обмерзания.

При создании в ГШ избыточного давления газа на шлем действует сила, направленная вверх. Для восприятия вертикальных усилий шлема, возникающих от избыточного давления в его полости, служит система подтяга шлема к высотно-компенсирующему костюму.

ВКК используется и в качестве средства, защищающего летчика от действия перегрузок. В костюме смонтировано противоперегрузочное устройство (ППУ), обтягивающие брюшную зону и область ног, уменьшающие отток крови в нижнюю часть тела, что приводит к улучшению кровообращения головного мозга, повышая работоспособность летчика. Давление воздуха в камерах ППУ зависит от величины перегрузок. Чем больше перегрузка, тем больше давление воздуха в камерах ППУ. Применение в комплекте ВКК противоперегрузочного устройства с автоматом давления обеспечивает переносимость перегрузок до 10 единиц.

Рис. 2.20. Схема защитного шлемофона 1 – КМ; 2 – светофильтр; 3 – каска; 4 – амортизирующий вкладыш; 5 – «противошумы» с телефоном; 6 – ларингофон

Защитный шлем с кислородной маской и шлемофоном

В том диапазоне высот, где достаточно применения КМ и нет необходимости в ГШ, функции защиты головы летчика от ударов и лица от встречного напора воздуха при катапультировании выполняет защитный шлем (ЗШ), всегда используемый в комплекте с КМ (см. рис. 2.20).

Защитный шлем в комплекте с шлемофоном и кислородной маской являются составной частью снаряжения летного состава и предназначены для защиты:

- головы и лица летчика от повреждений при ударах о внутренние части кабины самолета в полете и при посадке;

- головы и лица летчика от солнечной радиации и ослепляющего действия солнечных и прожекторных лучей;

- лица летчика от воздействия воздушного потока при катапультировании.

ЗШ должен быть достаточно легким, не мешать поворотам головы, не ограничивать обзор и не вызывать болевых ощущений при длительном ношении.

Ударные нагрузки воспринимаются каской и амортизирующими вкладышами ЗШ.

Амортизирующие вкладыши и «противошумы» с телефонами ЗШ обеспечивают изоляцию от шумов.

Светофильтр предназначен для защиты глаз от ослепляющего действия лучей, изготовляется из окрашенного органического стекла, и выполняется обычно сдвижным, чтобы не затруднять обзор в условиях низкой освещенности. Светофильтр опускается также перед катапультированием для защиты лица от скоростного потока.

Современные ЗШ имеют массу около 2 кг.

ГЕРМОКАБИНы САМОЛЕТОВ

Схемы герметических кабин

Полеты современных самолетов осуществляются на высотах, где атмосферное давление не может обеспечить приемлемые условия для здоровья и работоспособности человека. С целью ограждения человека и ряда технических систем и устройств от неблагоприятных условий окружающей среды на самолетах создаются герметические отсеки-гермокабины (ГК), способные обеспечивать повышенные давления. Необходимые условия в ГК обеспечиваются системой кондиционирования воздуха (СКВ).

На самолетах используются два типа герметических кабин: атмосферные (или вентиляционные) и автономные (или регенерационные).

Тип и схема размещение ГК (см. рис. 3.1) определяются типом и назначением летательного аппарата.

Для самолетов, имеющих высоту полета до 25... 30 км, наибольшее распространение получили кабины атмосферного типа (неавтономные), так как вентилируются воздухом окружающей среды (рис. 3.2, в).

В кабинах атмосферного типа наддув осуществляется атмосферным воздухом. Они более просты по конструкции, в них не требуется высокая степень герметизации. Подаваемый в кабину воздух используется одновременно и для вентиляции, и поддержания требуемой температуры.

Главным недостатком атмосферных кабин является их сравнительно небольшая высотность, ограничиваемая разреженностью воздуха на больших высотах и конструктивными возможностями нагнетающих устройств.

Рис. 3.1. Схемы расположения фюзеляжной герметической кабины на различных самолетах Рис. 3.2. Схемы вентиляции и наддува герметических кабин: а) автономные с регенерацией; б) автономные со сквозной вентиляцией; в) атмосферные.

На самолетах, имеющих высоту полета свыше 25...30 км, отбор воздуха от компрессора маршевого двигателя становится нецелесообразным (большие затраты энергии). На них применяются автономные кабины.

Такие же кабины применяются и на некоторых специальных самолетах (например, самолетах сельскохозяйственной авиации для работы с ядохимикатами).