Запас кислорода на борту самолета

Основными данными для определения необходимого для типового полета запаса кислорода являются: максимальная высота полета самолета; продолжительность (дальность) полета; профиль полета; тип кислородных приборов, устанавливаемых на самолете; количество членов экипажа и пассажиров. График профиля полета представлен на рис. 2.21. Требования к количеству кислорода для членов экипажа и для пассажиров неодинаковы, и поэтому расчет запаса кислорода для них производится отдельно.

1. Запас кислорода Q ₁ для защиты членов экипажа и пассажиров от кислородного голодания находится из выражения:

Q ₁ = , (2.1)

где n – число членов экипажа или пассажиров, пользующихся кислородом;

Рис. 2.21. Профиль полета

q ₁ – расход кислорода на высоте h ₁, л/мин;

q ₂ – расход кислорода на высоте h ₂, л/мин;

τ₁ – время подъема самолета с высоты h ₁, до высоты h ₂, мин;

τ₂ – время горизонтального полета на высоте h ₂, мин; τ₃ – время снижения с высоты h ₂ до высоты h ₁, мин.

При пользовании приборами с периодической подачей кислорода в маску расход кислорода может изменяться в широких пределах в зависимости от высоты полета и физической нагрузки. Поэтому при расчетах принимаются следующие средние величины расхода для всего времени полета:

а) при наличии подсоса воздуха в дыхательную смесь на высотах до 9000 м q = 6 л/мин;

б) при пользовании дополнительной подачей кислорода на высотах от 9000 м до 12000 м q = 10 л/мин.

2. Запас кислорода для защиты от дыма и вредных газов Q ₂ должен быть не менее 300 л на каждого из членов экипажа. Этот запас может использоваться для защиты экипажа от кислородного голодания при разгерметизации самолета и должен обеспечить экипажу возможность управления самолетом в течение не менее 15 мин. Для определения общего запаса кислорода при расчете берут большее из двух значений Q ₁ и Q ₂.

3. Запас кислорода для профилактического питания экипажа Q ₃ при длительном полете предназначен для снижения утомляемости при полетах продолжительностью более 4 ч и определяется из уравнения

Q₃=n q t (2.2)

где n – число членов экипажа;

q – легочная вентиляция при профилактическом питании (принимается равной 10 л/мин);

t – время профилактического питания кислородом (принимается равным 10 мин);

τ _пол – время полета в целых часах.

В потребный объем кислорода должен быть включен и объем кислорода, расходуемый при предполетных проверках кислородного оборудования Q _пред определяемый из уравнения:

Q _пред = n q t (2.3)

где n – число членов экипажа; q – расход кислорода через маску, л/мин; t – время проверки оборудования, мин.

Для учета возможных утечек, погрешностей показаний манометров, влияния температуры и т.д. в расчет вводят коэффициент запаса К = 1,1...1,2 и Q _н – невырабатываемый остаток. Общий запас кислорода в стационарной системе для экипажа Q _эк равен:

Q _эк = (Q ₁+ Q ₃ + Q _н+ Q _пред) K. (2.4)

Общий запас кислорода в стационарной системе для пассажиров будет равен

Q _пac = (Q ₁+ Q _н+ Q _npед) K. (2.5)

Здесь невырабатываемый остаток кислорода Q _н= Р _ост. V _б,

где Р _ост – остаточное давление в баллоне,

V _б – вместимость баллона.

Кроме запаса кислорода в стационарных кислородных системах экипажа и пассажиров на борту самолета имеется запас кислорода в переносных баллонах.

Для обеспечения возможности перемещения по самолету для борьбы с дымом, а также для оказания терапевтической помощи пассажирам в кабине экипажа размещается баллон вместимостью не менее 3 л. Такие же баллоны предусматриваются и для каждого бортпроводника.

С помощью переносного кислородного оборудования производится и терапевтическое питание кислородом пассажиров. При этом запас кислорода принимается исходя из необходимости обеспечения питанием 2% пассажиров (но не менее 1 чел) в течение всего полета и определяется из уравнения:

Q _тepaп = 0,02 n q τ _пол (2.6)

где n – число пассажиров на самолете; q – расход кислорода при терапевтическом питании на 1 чел (принимается равным 4 л/мин); τ _пол – время полета в целых часах.

Общий потребный объем кислорода, приведенный к нормальным условиям V _Σ (в литрах) составит:

V _Σ = , (2.5)

Где р _б – номинальное рабочее давление газа в баллоне в МПа;

р ₀ – давление на уровне моря (0,1 МПа);

р _{б min} – минимальное давление, при котором гарантируется нормальная работа кислородного оборудования в МПа.

Минимальное неучитываемое давление кислорода р _{б min}:

- для баллонов низкого давления (р _б = 3 МПа) неучитываемое давление принимается 0,7 МПа;

- для баллонов высокого давления (р _б = 15…20 МПа) р _{б min} составляет (2…3) МПа, что необходимо для контрольной продувки баллона на земле перед его заправкой.

Потребное количество баллонов определяется:

N = (V _Σ) / v _б, (2.6)

где v _б – «водяная» емкость одного баллона.

В случае применения на самолете жидкого кислорода потребный запас кислорода в газификаторе (в кг) определяется по формуле

Q _потр= n . (2.7)

Здесь 754 – объем газообразного кислорода, который при давлении 101,3 кПа и 15°С образуется испарением 1 кг жидкого кислорода, в л (при испарении 1 литра жидкого кислорода образуется 860 литров – газообразного).

Q _неуч – неучитываемый остаток кислорода, при котором начинаетcя падение давления в газификаторе. Эта величина берется из паспорта газификатора и, в среднем, составляет 7…10% запаса жидкого кислорода сосуда;

q _пот – потери испарением в кг/ч (эти потери для различных газификаторов находятся в пределах 0,05…0,15 кг/ч);

τ – время от момента зарядки газификатора до вылета самолета (принимается от 24 до 48 ч);

n – количество членов экипажа;

z – количество газификаторов;

k – коэффициент запаса.

Комплект кислородного оборудования высотного самолета.

Подводя итог, следует отметить следующее.

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности и работоспособности летчика, а также безопасности полета и аварийного покидания самолета на больших высотах на самолетах устанавливается комплект кислородного оборудования. В него входят приборы с избыточным давлением кислорода в системе дыхания и пневмосистема высотно-компенсирующего костюма.

Комплект кислородного оборудования на высотных самолетах рассчитан на работу с герметическим шлемом и высотно-компенсирующим костюмом на высотах до практического потолка и обеспечивает дыхание членов экипажа при следующих обстоятельствах:

1. Длительно в загерметизировнной кабине до практического потолка и в разгерметизированной кабине до высоты 12 км.

2. Кратковременно (до 10 мин.) – при разгерметизации кабины от практического потолка до высоты 12 км.

3. Кратковременно – при катапультировании с практического потолка с автоматическим подключением кислородного питания от парашютного кислородного прибора.

 

Контрольные вопросы для самопроверки

1. Назовите возможные источники кислорода на борту.

2. Каковы преимущества и недостатки жидкостных газификаторов по сравнению с баллонными источниками?

3. По каким основным свойствам подразделяются кислородные системы?

4. Назначение кислородной системы постоянной подачи кислорода?

5. Какова предельная высота полета использования системы постоянной подачи в разгерметизированной кабине?

6. Принцип действия легочного автомата.

7. Возможно ли использование легочного автомата для коллективного пользования?

8. Каковы предельные избыточные давления подачи кислорода при которых необходимо применять: компенсационный жилет, высотный костюм, гермошлем.

9. Каков принцип работы высотного костюма?

10. Особенность подачи кислорода в парашютных кислородных приборах.

11. От каких факторов зависит запас кислорода на борту.

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).

Необходимое давление и состав воздуха в автономных кабинах поддерживаются с помощью регенерационных устройств и запаса воздуха или кислорода, хранящегося в бортовых баллонах или газификаторах. Продукты дыхания удаляются с помощью специальных поглотителей или путем пропускания воздуха через регенерационные системы.

Автономные кабины более сложны в эксплуатации, чем атмосферные, и требуют зарядки сжатым воздухом или кислородом, смены поглотительных патронов и т.д. При необходимости большего потребления газа могут использоваться газификаторы с жидким кислородом. Кроме того, такие кабины должны иметь системы регулирования температуры, влажности. Особенно высокие требования предъявляются к герметизации таких кабин, чтобы уменьшить утечку воздуха. Однако в условиях высотных полетов целесообразно применять только автономные кабины.

Требования, предъявляемые к атмосфере кабины самолета

Основным назначением самолетных СКВ является создание условий, необходимых для обеспечения нормальной жизнедеятельности и работоспособности пассажиров и экипажа в полете на различных высотах и в любых климатических условиях. Поэтому атмосфера в герметических кабинах самолетов должна соответствовать физиолого-гигиеническим требованиям.

1. Давление воздуха в кабинах самолетов при изменении высоты полета должно изменяться по определенному, заранее заданному для данного типа самолета, закону.

2. Скорость изменения давления воздуха в кабинах пассажирских самолетов по абсолютной величине должна быть не более 24 Па/с на всех допускаемых режимах эксплуатации самолета.

Допускаемая для человека скорость понижения давления примерно в два раза выше скорости его повышения. Для тренированного летного состава скорость перехода с нормального давления на пониженное не должна превышать 2,66 кПа/с (20 мм рт. ст./с), а скорость повышения давления – 1,33 кПа/с (10 мм рт. ст./с). При аварийной разгерметизации кабины для всех самолетов допускается от 2,66 до 5,35 кПа/с (от 20 до 40 мм рт. ст./с).

3. Температура воздуха в кабинах пассажирских самолетов должна составлять 20 ± 5°С. Неравномерность распределения температуры воздуха не должна превышать 3°С по длине и 2°С по высоте и ширине кабины. Температура ограждений не должна отличаться от температуры воздуха более чем на 5^оС. В жаркое время года температура воздуха в гермокабине в момент посадки пассажиров должна быть на 8...10°С ниже температуры наружного воздуха, но не менее 20°С.

4. Относительная влажность воздуха в кабине пассажирского самолета в установившемся полете на крейсерской высоте должна быть в пределах 40...60%, (при допустимой – 25...60%). Верхний предел относительной влажности является оптимальным, а нижний – допустим лишь кратковременно.

5. Скорость движения воздуха в зоне головы человека в кабинах пассажирских самолетов не должна превышать 0,4 м/с, а в кабинах других самолетов – 1,5 м/с.

6. Общая интенсивность шума в кабине пассажирского самолета во время нормального полета не должна превышать 90 дБ, а при продолжительных полетах – 80 дБ. При пользовании шлемофонами допустимый уровень шума до (110... 115) дБ.

7. Подаваемый в кабины воздух не должен содержать пыли, плохо пахнущих веществ и вредных примесей.