Матвеенко А.М. (ред.) - Системы оборудования летательных аппаратов - 2005

Системы кислородного питания

191

Расход кислорода через индивидуальные точки (ИТ) определя­ ется давлением перед дюзой каждой из ИТ.

Когда объемная подача кислорода меньше потребного объем­ ного расхода вдыхаемого газа, недостающее количество воздуха подсасывается непосредственно в маску. Такие маски могут при­ меняться на высотах не более 10 км.

Принципиальная схема управляемого клапанного узла показа­ на на рис. 5.19, а, РД — на рис. 5.19, б, где высотный регулятор прямого действия представляет собой последовательное соедине­ ние анероида 7 и пружины 8.

Если в схеме на рис. 5.19, б исключить анероид 7, установить регулировочный винт 9, как это представлено на рис. 5.19, в, то получим схему кислородного редуктора.

Схема безрычажного редуктора приведена на рис. 5.19, в. Рабочее давление полости Б устанавливается регулировочным винтом 9.

Редуцирующий клапан прямого хода (см. рис. 5.19, а й в ) откры­ вается в сторону действия подводимого давления, обратного (см. рис. 5.19, б) — в противоположную сторону.

Если из полости А на мембрану 2 редуцирующего клапана дейс­

твует не механическое силовое действие высотно­		|---------- 1
го регулятора (см. рис. 5.19, б), а давление газа,
величина которого зависит от давления в окружа- I		! др	i РД	ит
ющей среде, то регулятор давления называют ре-			i
гулятором давления непрямого действия.
Рис. 5.18. Структурная схема системы кис­		X
лородного питания, коллективного пользо­	КР	УКУ
вания с непрерывной подачей кислорода:
КР — кислородный редуктор; BP — высотный
регулятор; УКУ — управляемый клапанный узел;		I_______ I
РД — регулятор давления; ИТ — индивидуальная

точка отбора кислорода

Рис. 5.19. Принципиальные схемы:

о — управляемого клапанного узла с редуцирующим клапаном прямого хода; б — газового регулятора давления с ВР прямого действия и клапаном обратного хода; в — безрычажного кислородного редуктора с клапаном прямого хода; 1 — жесткий центр эластичной мембраны 2 \3 ~ рычаг с толкателем; 4 — седло; 5 — клапан; 6 — клапанная (вспомогательная) пружина; 7 — анероид; 8 — мембранная (регулировочная) пружина; 9 — регулировочный винт

192 Индивидуальные системы обеспечения жизнедеятельности

СИСТЕМЫ КИСЛОРОДНОГО ПИТАНИЯ С ПРЕРЫВНОЙ ПОДАЧЕЙ КИСЛОРОДА

Для СКП с прерывной подачей кислорода обязательным усло­ вием является применение герметичной КМ или ГШ. Кислород в этих системах подается на дыхание только во время вдоха, при этом достигается существенная экономия в расходовании кислорода.

Для полетов на высотах не более 12 км, на которых не требу­ ется создания избыточного давления в легких, в КМ создается ма­ лое избыточное давление (порядка 300...400 Па) для того, чтобы исключить подсос воздуха в маску в случае нарушения ее герме­ тичности. Регулятор малого избыточного давления включает до­ полнительную подачу кислорода при понижении давления в по­ лости дыхания ниже установленного уровня.

На высотах более 12 км СКП должна обеспечивать дыхание чистым кислородом под избыточным давлением, величина кото­ рого определяется формулой (5.1).

Управляющими сигналами к началу подачи при вдохе и прекра­ щению при выдохе служат соответственно разрежение и повышение давления в полости маски, создаваемые легкими человека. Такой режим работы СКП называют легочно-автоматическим. Он обес­ печивается регулятором прерывной подачи кислорода (РПП), кото­ рый представляет собой легочный автомат, оснащенный клапаном подсоса воздуха, механизмом создания малого избыточного дав­ ления, а в случае применения системы на высотах более 12 км и регулятором избыточного давления. Схема РПП для СКП с вы­ сотностью не более 12 км показана на рис. 5.20.

Во время вдоха в полости Б создается разрежение, под дейс­ твием которого мембрана 5 прогнется и через рычаг 6 откроет клапан подачи кислорода 4. Клапан 2 имеет вспомогательное зна­ чение. Поступающий через него в полость Г кислород, воздействуя

6 5

Рис. 5.20. Схема регулятора пре­ рывной подачи кислорода:

рк — давление в кабине; 1 — клапан подсоса воздуха; 2 — вспомогатель­ ный (малый) клапан; 3 — поршень разгрузки клапана; 4 — основной клапан подачи кислорода; 5 — мем­ брана; 6 — рычаг

Системы кислородного питания

193

на поршень 3, облегчает открытие основного клапана 4 и тем са­ мым уменьшает сопротивление вдоху.

К РПП кислород подводится от регулятора подачи кислорода, который, увеличивая подачу кислорода с ростом высоты, повы­ шает одновременно избыточное давление в полости В РПП, бла­ годаря чему уменьшается подсос воздуха.

Высотность таких систем без избыточного давления 12 км, с избыточным давлением до 14 км в течение времени, необходи­ мого для спуска до безопасной высоты.

СИСТЕМЫ КИСЛОРОДНОГО ПИТАНИЯ С КОМБИНИРОВАННОЙ ПОДАЧЕЙ КИСЛОРОДА

Для кислородного обеспечения летчиков, в состав защитного снаряжения которых входит компенсирующая одежда с пневмонатяжными устройствами, применяют СКП с комбинированной подачей кислорода.

Состав СКП определяется не только высотностью самолета, но и высотным снаряжением (ВС) летчика. На рис. 5.21 дана прин­ ципиальная схема СКП летчика, ВС которого включает ВКК и КМ. Если бы вместо КМ был использован ГШ, то в состав СКП должен был бы войти еще один функциональный узел — венти­ ляционное устройство шлема, которого нет на схеме, приведен­ ной на рис. 5.21.

Рис. 5.21. Принципиальная схема системы кислородного питаниялетчика высотного самолета:

КБ — кислородный баллон; KB — кислородный вентиль; KP — кислородный редуктор; РНГ1 — регулятор непрерывной подачи кислорода; ПНП — пускатель непрерывной подачи кислорода; OPK — объединенный разъем коммуникаций; РИД — регулятор избыточного Давления; ЛА — легочный автомат; КПВ — клапан подсоса воздуха; КО — компенсирующая одежда; РСД — регулятор соотношения давлений; КМ — кислородная маска; ККВ — ком­ пенсированный клапан выхода; ОК — обводной клапан

7 - 1 1 3 6 2

194 Индивидуальные системы обеспечения жизнедеятельности

На "высотах" в кабине самолета до 12 км ("высота" в кабине — высота в "стандартной атмосфере", соответствующая давлению в кабине) СКП работает в режиме прерывной подачи дыхатель­ ной газовой смеси без избыточного давления.

Кислород из баллона (КБ) через кислородный вентиль (КВ) подходит к редуктору первой ступени (КР1), а за ним одновре­ менно к пускателю непрерывной подачи (ПНП) и к редуктору второй ступени (КР2). Регулятор непрерывной подачи (РНП) со­ стоит из высотного регулятора (ВР) прямого действия и обводно­ го клапана (ОК), который включается на больших высотах (свыше 8 км), когда расход кислорода через дюзу (Д) становится недоста­ точным. От РНП через объединенный разъем коммуникаций (ОРК) кислород подходит одновременно к клапану подачи легоч­ ного автомата (JIA), к регулятору соотношения давлений (РСД) и

кмембране клапана подсоса воздуха (КПВ).

Сувеличением высоты РНП увеличивает подачу кислорода, при этом КПВ уменьшает подсос воздуха. На высоте 10 км подсос воздуха полностью прекращается и на вдох подается чистый кис­

лород.

При разгерметизации кабины на высотах более 12 км пускатель непрерывной подачи включает большую подачу кислорода (по­ рядка 200 л/мин), достаточную для быстрого наполнения камер натяжных устройств компенсирующей одежды (КО), после чего величина непрерывной подачи снижается до величины порядка 17 л/мин. Эта подача идет на компенсацию утечек из камер КО и в полость дыхания, избыточное давление в которой устанавли­ вается регулятором избыточного давления (РИД), а требуемое со­ отношение давлений в полости маски и камерах КО поддержива­ ется с помощью РСД. В полость маски кислород поступает через клапан вдоха. Выдыхаемый воздух и поступающий во время вы­ доха в КМ или ГШ кислород выходят наружу через компенсиро­ ванный клапан выдоха, на мембрану которого действует давление, устанавливаемое регулятором избыточного давления. Для того чтобы клапан открылся, давление в полости маски должно пре­ одолеть давление под мембраной компенсированного клапана выдоха. При глубоком вдохе, когда потребный расход кислорода превышает величину непрерывной подачи, срабатывает РПП, и дополнительная порция кислорода идет на дыхание. Избыточное давление в зависимости от высоты устанавливается регулятором избыточного давления, управляющие сигналы от которого воз­ действуют на мембрану легочного автомата и компенсированного клапана выдоха.

Схема регулятора соотношения давлений дана на рис. 5.22. После заполнения камер компенсирующей одежды кислород от РНП, преодолевая усилие пружины 3, через клапан 1 поступает

Системы кислородного питания

195

Рис. 5.22. Схема регулятора соотношения давле­ ний кислорода в кислородной маске (герметичес­ ком шлеме) и в камерах натяжных устройств ком­ пенсирующей одежды:

1 — клапан; 2 — седло клапана; 3 — пружина; 4 — ма­ лая мембрана; 5 — большая мембрана; 6 — полый (трубчатый) толкатель

В КМ(ГШ)

вКМ (ГШ). В полости А установится то же давление, что и в мас­ ке. Между мембранами 4 и 5 — атмосферное давление. Эффектив­ ная площадь мембраны 5 больше, чем мембраны 4. В результате этого возникающее усилие на толкателе 6, действуя на клапан 1, стремится его закрыть. Диаметр клапана 1 и разность эффектив­ ных площадей мембран 4 и 5 подбираются таким образом, чтобы

внатяжных устройствах компенсирующей одежды и в маске ус­ тановилось требуемое соотношение давлений.

Если в снаряжение летчика входит не КМ, а ГШ, то непре­ рывная подача кислорода требуется не только на больших, но и на малых высотах для вентиляции шлема с целью удаления углекислого газа и водяных паров. Для этого применяется вен­ тиляционное устройство шлема. Вентиляционное устройство шлема продувает шлем кислородно-воздушной смесью, состав которой регулируется с помощью автомата подсоса воздуха, че­ рез клапан которого воздух подсасывается эжектором и смеши­ вается в его рабочей камере с эжектирующим кислородом. Воз­ можны и другие схемы обеспечения вентиляции подшлемного пространства.

Отдельные узлы кислородно-дыхательной аппаратуры (КДА) объединяются в агрегаты в одном корпусе или комплектуются из отдельных блоков.

Размещение КДА кислородной системы на маневренном са­ молете показано на рис. 5.23.

При аварийном покидании самолета объединенный разъем коммуникаций отключает кислородное питание от бортовых ис­ точников и в работу включается парашютный кислородный при­ бор (ПКП).

Особенностью кислородных систем пассажирских и транспор­ тных самолетов является наличие СКП коллективного пользова­ ния для аварийного кислородного обеспечения пассажиров. Эти системы могут быть как с непрерывной подачей кислорода, так и с прерывной. В последнем случае каждый пассажир имеет свой легочный автомат.

1*

196 Индивидуальные системы обеспечения жизнедеятельности

Рис. 5.23. Размещение агрегатов кислородной системы на борту маневренного са­ молета:

1 — бортовой зарядный штуцер; 2 — кислородный баллон; 3 — парашютный кислородный прибор; 4 — вентиль; 5 — кислородный редуктор; 6 — вентиляционное устройство шлема; 7— регулятор подачи кислорода; 8 — индикатор кислорода; 9 — дистанционное управление; 10 — манометр; 11 — объединенный разъем коммуникаций; 12— кислородный прибор

Рис. 5.24. Размещение агрегатов кислородной системы коллективного пользования на борту транспортного самолета:

I — КП первого летчика; 2 — переносные КП членов экипажа; 3 — КП штурмана; 4 — КП второго летчика; 5 — КП бортрадиста; 6 — КП бортмеханика; 7 — переносные КП пасса­ жиров; 8 — КП коллективного пользования; 9 — бортовой зарядный штуцер; 10— вентили; II — кислородные баллоны; 12 — индивидуальные точки кислородного питания

Системы кислородного питания

197

Один из вариантов размещения кислородного оборудования на борту транспортного самолета показан на рис. 5.24.

Области применения комплектов некоторых кислородных приборов указаны в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Области применения некоторых комплектов кислородного оборудования

Шифр

КП-52

КП-120

КП-106.В2

КП-98

КП-56

Потребитель

Член

экипажа

То же

••

-

20 человек

Высотность

Высотное

снаряжение

длительно кратковременно

До 40 км в за­	До 40 км
герметизиро­	в разгермети­
ванной кабине;	зированной
до 12 км в раз­	кабине; при
герметизиро­	аварийном
ванной кабине	покидании
До 20 км в за­	Более 12 км
герметизиро­	в разгермети­
ванной кабине;	зированной
до 12 км в раз­	кабине; при
герметизиро­	аварийном
ванной кабине	покидании
До 18 км в за­	От 12 до 18 км
герметизиро­	в разгерметизи­
ванной кабине;	рованной ка­
до 12 км в раз­	бине; при ава­
герметизиро­	рийном поки­
ванной кабине	дании
До 14 км в за­	От 10 до 15 км
герметизиро­	в разгермети­
ванной кабине;	зированной
до 10 км в раз­	кабине; при
герметизиро­	аварийном
ванной кабине	покидании
До 12 км в за­	От 8 до 12 км
герметизиро­	в разгермети­
ванной кабине;	зированной
до 8 км в раз­	кабине; при
герметизиро­	спуске до безо­
ванной кабине	пасной высоты

ВКК + ГШ

ВКК + км

КЖ + км

км

км

198 Индивидуальные системы обеспечения жизнедеятельности

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ СИСТЕМЫ КИСЛОРОДНОГО ПИТАНИЯ

Масса СКП в большой мере определяется потребным запасом кислорода.

Потребный запас кислорода lVn0Tp на одного члена экипажа в общем случае складывается из кислорода, расходуемого на пред­ полетные проверки Wh при наборе высоты W2 и при спуске W3, во время горизонтального полета в загерметизированной кабине W4 и разгерметизированной кабине W5, а также на специальные цели, не предусмотренные прочими слагаемыми, W6.

Таким образом,

И^похр =щ+ щ+щ+щ+ щ+ ж6. (5.3)

Для пассажиров самолетов гражданской авиации и транспор­ тных самолетов в этой сумме учитываются только последние че­ тыре слагаемых, поэтому расчет проводится отдельно для членов экипажа и для пассажиров:

Щ = 0X1,

где Q — расход кислорода в наземных условиях в режиме "100% 0 2" (15...25 л/мин); ij — продолжительность предполетной про­ верки (2...3 мин);

W2 — 0,5(Qhi +	Qh2) i i	_	2;
Щ = 0,5(Q /,2 +	Q m )t 2	-	1>

где Qhl и Qh2 — нормы расхода кислорода на высотах hx и h2 со­ ответственно; _ 2, х2 _ 1 — время набора высоты от hxдо h2и вре­ мя спуска с высоты h2 до hx.

Средний расход кислорода в зависимости от "высоты" в кабине и вида высотного снаряжения можно определить, используя гра­ фики, изображенные на рис. 5.25, если учесть, что кривые 1—5 соответствуют легочной вентиляции 15 л/мин.

Пример 1. Определить массу СКП летчика одноместного самолета с общей продолжительностью полета 60 мин. Высотное снаряжение летчика включает ВКК с ГШ. Продолжительность отдельных режимов указана в табл. 5.3. Результаты рас­ четов помещены в соответствующие графы этой таблицы.

Потребная вместимость баллонов определяется по формуле

		(5.4)
где к — коэффициент запаса (1,15...1,25); п — число членов экипажа;		— давление
зарядки баллона;	— остаточное давление кислорода в баллоне; р0 — нормальное
атмосферное давление (101,3 кПа).

		Системы кислородного питания		199
				Таблица 5.3
	Потребный запас кислорода на один полет одноместного самолета
	Режим работы	Продолжительность	Средний расход	Расход кислорода
	скп	режима, мин	кислорода, л/мин	за время режима, л
	Предполетная	3	21	63
	проверка
	Рулежка	6	7,5	45
	Набор высоты	5	9,5	47,5
	Горизонталь­
	ный полет в за­	30	11,3	339
	герметизиро­
	ванной кабине
	(hK= 7 км)
	Горизонталь­
	ный полет в раз­	10	20	200
	герметизиро­
	ванной кабине
	(h = 12 км)

	Снижение с вы­		2
	соты h2 = 12 км
	до	= 8 км
	Снижение с вы­		4
	соты	h2 = В км

до hx = 0 км

Рис. 5.25. Средний расход кислорода в зависимости от «высоты» в кабине при

пользовании основными видами защитного и кислородного оборудования:

1— безмасочный скафандр с вентиляцией шле­ ма чистым кислородом; 2 — ВКК с ГШ, вклю­ ченным устройством вентиляции шлема и ус­ тановкой регулятора подачи кислорода на 100 %; 3 — то же, с установкой регулятора по­ дачи на «смесь»; 4 — кислородная маска закры­ того типа; 5 — ВКК с КМ или ГШ малого объ­ ема с включенной вентиляцией и установкой регулятора подачи на «смесь»; 6 — кислородная маска с дополнительной емкостью и КП с не­ прерывной подачей

20 40

9,7	39
	Итого: 773,5
Q , л /н ц н

200 Индивидуальные системы обеспечения жизнедеятельности

	Потребный запас кислорода для членов экипажа					Таблица 5.4
	Режим полета	Количество		Время	Средний	Расход
		человек,		пользования	расход	кислорода
	на высоте
		пользующихся		кислородом,	кислорода,	за время
	10 км
		кислородом		мин	л/мин	режима, л
	В загерметизиро­		1	120	6	720
	ванной кабине		4	25	6	600
	В разгерметизи­		5	60	6	1800
	рованной кабине
						Итого:
						3120
	Принимаем к = 1,25;		= 20 МПа; рост= 3 МПа. По формуле (5.4) получим
			1,25 -773,5 0,1013		5,76 л.
				20 -3

По отраслевому стандарту выбираем два стандартных баллона емкостью по 3 л каждый. В них поместится m0l = W5p02p3ap/pQ~ 6 *1,43 • 20 • 0,1013 ~ 1,7 кг кис­ лорода, где ро2 = 1,43 г/л — плотность кислорода при нормальных условиях.

Теперь можно составить массовую сводку для кислородной системы. Массо­ вый коэффициент малолитражных баллонов равен 2,4, поэтому примерная масса баллонов равна 1,7 кг • 2,4 = 4,1 кг. Кислород — 1,7 кг; регулятор подачи кислорода РПК-52 — 1,5 кг; кислородный редуктор КР-26А — 0,54 кг; кислородный прибор КП-52 — 0,7 кг; трубопроводы — 1,3 кг; арматура — 2 кг. Итого: 11,84 кг.

Пример 2. Определить массу СКП транспортного самолета, имеющего 5 чле­ нов экипажа и 20 пассажиров. Продолжительность полета 120 мин.

Режимы полета и их продолжительность указаны в табл. 5.4 и 5.5.

На прочие режимы работы системы (проверки, рулежка, набор высоты и сни­ жение) в среднем приходится по 50 л на одного члена экипажа, итого потребный запас кислорода для экипажа составит 3370 л.

	Потребный запас кислорода для пассажиров			Таблица 5.5
	Количество	Время	Средний	Расход
Режим полета	человек,	пользования	расход	кислорода
на высоте 10 км	пользующихся	кислородом,	кислорода,	за время
	кислородом	мин	л/мин	режима, л
В загерметизиро­	20	24	1	480
ванной кабине
В разгерметизи­	20	120	6	14400
рованной кабине

Итого:

14880