Для ограничения влияния расхода воздуха на работу систем регулирования, а также для обеспечения на период всего полета в кабине как можно меньшего количества вредных примесей целесообразно выбрать закон постоянной по величине весовой подачи  {71}  воздуха в кабину на всех основных режимах работы компрессора газотурбинного двигателя.

Рис. 2.39. Конструкция регулятора абсолютного давления: 1 — неподвижный стакан; 2 — плунжер: 3 — анероидный сильфон; 4 — пружина

В качестве регулятора расхода, обеспечивающего постоянную весовую подачу воздуха в кабину, может быть использовано устройство, состоящее из регулятора абсолютного давления и трубки Вентури.

Регулятор давления служит для поддержания постоянного абсолютного давления перед трубкой Вентури, а трубка Вентури выполняет роль измерителя величины расхода воздуха, проходящего через нее.

В рассматриваемой системе кондиционирования воздуха (рис. 2.32) предусмотрен регулятор 3 абсолютного давления, который совместно с трубкой Вентури 4 выполняет роль регулятора весового расхода воздуха.

Конструкция регулятора абсолютного давления прямого действия дана на рис. 2.39. Регулятор работает следующим образом. Воздух по трубопроводу подводится к входным отверстиям регулятора давления, сделанным в неподвижном стакане 1. Входные отверстия в стакане 1 перекрываются плунжером 2, связанным с подвижным центром анероидного сильфона 3. Сильфон является чувствительным элементом регулятора, который реагирует на изменение давления перед трубкой Вентури (рис. 2.32). Сильфон с пружиной подбирается так, чтобы получить такую величину постоянного абсолютного давления перед трубкой, при которой обеспечивается закритический случай истечения воздуха. Обычно давление воздуха перед трубкой принимается не менее 1,3—1,5 ат. При увеличении давления воздуха на входе трубки Вентури выше расчетной величины примерно на 0,2 ат сильфон 3 сжимается  {72}  и перемещает плунжер 2, который перекрывает прорези стакана 1. В результате проходное сечение прорезей в стакане 1 уменьшается и это обеспечивает уменьшение давления перед трубкой.

Качество работы системы кондиционирования воздуха во многом зависит от степени герметичности кабины. Поэтому при эксплуатации самолета обязательно производится проверка кабины на герметичность.

Герметические кабины самолетов считаются пригодными к эксплуатации, если утечка воздуха из кабины при наличии избыточного давления в ней не превосходит некоторой максимально допустимой величины.

Максимально допустимая величина утечки воздуха из кабины устанавливается из следующих соображений:

1. В нормальных условиях полета количество воздуха, вытекающего из кабины через различные неплотности, не должно превосходить минимально располагаемой подачи его при наддуве.

---

2. При отказе системы подачи воздуха в кабину скорость падения давления в ней вследствие утечки воздуха должна быть такой, чтобы избыточное давление в кабине уменьшалось до нуля лишь к моменту достижения самолетом безопасной для экипажа высоты (4—5 км). Это требование должно быть соблюдено главным образом для пассажирских самолетов, когда пассажиры не пользуются кислородными приборами. Если же экипаж пользуется кислородными приборами, безопасная высота может быть принята равной 8—10 км.

Чем больше высота полета самолета и чем ниже выбранная безопасная высота, тем меньше должна быть допустимая величина утечки воздуха, которая обычно задается в килограммах в час из расчета на 1 м³ объема кабины.

Для вентиляционных кабин при объеме кабины до 10 м³ допустимая в наземных условиях величина утечки принимается равной 6—12 кг/час·м³. При большем объеме кабины допускается величина утечки до 2—6 кг/час·м³.

При определении степени герметизации кабины требуется источник сжатого воздуха. В зависимости от условий технического обслуживания в качестве источника наддува кабины можно использовать аэродромный баллон со сжатым воздухом, когда не предусматривается включение авиадвигателей. При работающих двигателях наддув обеспечивается отбором воздуха из компрессора.

Поскольку прямое измерение количества воздуха, вытекающего из кабины через различные щели и отверстия, практически невозможно, проверку герметичности кабин производят косвенными методами.

Проверка герметичности кабины методом компенсации утечки из нее воздуха. Этот метод заключается  {73}  в том, что в кабину подается столько воздуха, сколько из нее вытекает через различные неплотности. При этом сохранение давления в кабине постоянным является достаточным контролем, свидетельствующим о равенстве подачи и утечки воздуха. На практике этот метод реализуется следующим образом. После герметизации кабины авиадвигатель выводится на режим среднего газа и постепенно открывается кран питания 6 (рис. 2.26). В результате в кабине начинает повышаться давление, которое контролируется по прибору УВПД-20. Давление в кабине до 0,32 ат следует поднимать плавно во избежание болевых ощущений в области среднего уха. Нарастание давления воздуха в кабине до указанной величины свидетельствует о достаточной степени герметизации кабины.

Проверка герметичности кабины методом измерения скорости падения в ней давления. Этот метод применяется, когда не предусматривается включение авиадвигателей.

Проверка кабины на герметичность при неработающих авиадвигателях производится таким образом:

— герметизируется кабина;

— закрывается кран питания 6 (рис. 2.26);

— открывается вентиль аэродромного баллона, и кабина наполняется воздухом; скорость нарастания давления при наполнении кабины не должна быть выше 0,1 ат за 1 мин;

---

— доводится давление до 0,35 ат, прекращается подача воздуха в кабину и замеряется время падения давления.

Экспериментально установлены следующие показатели степени герметизации кабин различного объема:

— кабина малого объема (до 2 м³) считается герметичной, если время падения давления воздуха в кабине с 0,3 до 0,1 ат составляет не менее 90 сек;

— кабина большого объема (более 3 м³) считается герметичной, если спад давления с 0,4 до 0,1 ат происходит за 12—17 мин.

Глава 3

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ КИСЛОРОДНОГО ПИТАНИЯ ЭКИПАЖЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

§ 3.1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СИСТЕМАМ КИСЛОРОДНОГО ПИТАНИЯ

Системы кислородного питания предназначены для поддержания необходимой величины парциального давления кислорода во вдыхаемом человеком воздухе, когда парциальное давление кислорода в окружающей воздушной среде становится ниже нормального.

Работа системы кислородного питания экипажей летательных аппаратов до «высоты» 10 км в герметической кабине сводится к повышению процентного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе в зависимости от указанной «высоты», а на «высоте» в кабине свыше 12 км — к созданию определенной величины избыточного давления кислорода во вдыхаемом воздухе по сравнению с давлением окружающей воздушной среды.

К системам кислородного питания экипажей летательных аппаратов предъявляются следующие требования:

1. Кислородная система должна обладать повышенной надежностью; под этим понимается способность системы сохранять свои технические характеристики в заданных пределах при всех возможных режимах работы.

2. Технические характеристики систем кислородного питания должны соответствовать требованиям, обеспечивающим нормальную физиологию дыхания, т. е. при использовании кислородной системы человеком не должно наблюдаться каких-либо существенных изменений в условиях дыхания.

3. Система кислородного питания не должна утомлять человека и понижать его работоспособность.

4. Кислородная система должна быть экономичной по расходу кислорода.

5. Для обеспечения условия надежности работы кислородная система должна иметь специальные аварийные устройства.  {75} 

6. Кислородная система должна соответствовать летно-тактическим данным самолета по высоте полета.

7. Помимо указанного, система кислородного питания экипажа должна соответствовать общим тактико-техническим требованиям, предъявляемым к авиационному оборудованию.

Определим основные технические характеристики систем кислородного питания, обусловленные физиологией дыхания человека.

Рис. 3.1. График потребного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе

Процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе. Процентное содержание кислорода в системе питания рассчитывается из условия обеспечения во вдыхаемом воздухе такой величины парциального давления кислорода

---

р₀, которая соответствовала бы величине р₀ в наземном атмосферном воздухе. Как известно, парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе (без учета остаточного объема воздуха в легких) при нормальных условиях определяется по формуле

рO2 =  21 (p0 – 47) 100 ,

(3.1)

где 21 — процентное содержание кислорода в атмосферном воздухе;

р₀ = 760 мм рт. ст. — абсолютное давление воздуха над уровнем моря при температуре 15°С;

47 мм рт. ст. — давление водяных паров в легких человека при температуре 37°С. Соответственно для высоты Н расчет парциального давления кислорода р₀ ведется по формуле

рO2 =  αO2(pH – 47) 100 ,

(3.2)

где α_O2 — процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе на высоте H;

р_H — атмосферное давление.

Приравнивая выражения (3.1) и (3.2), получим

αO2(H) =  p0 – 47 pH – 47  · 21.

(3.3)

График требуемого процентного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, рассчитанный по формуле (3.3), приведен на рис. 3.1. Из графика видно, что для поддержания парциального  {76}  давления кислорода на заданном уровне (р₀ = 150 мм рт. ст.) необходимо с высотой увеличивать процентное содержание кислорода, причем на высоте 10 км концентрация кислорода во вдыхаемом воздухе должна достигать 100%.

Рис. 3.2. Блок-схема образования потребной величины легочной вентиляции на выходе регулятора подачи (РП)

Потребный расход кислорода. Для определения потребного расхода кислорода в системе кислородного питания рассмотрим схему образования необходимой величины легочной вентиляции на выходе регулятора подачи кислорода (рис. 3.2). Согласно указанной схеме величина легочной вентиляции W складывается из расхода дополнительного кислорода (V_O2)_доп, подаваемого на вход регулятора подачи (РП), и подсоса воздуха V_в, т.е.

W = (VO2)доп + Vв.

(3.4)

В наземных условиях (H = 0) потребное количество кислорода для обеспечения нормального газообмена в организме человека определяется следующей зависимостью:

VO2 = 0,21 W,

(3.5)

где 0,21 — объемное соотношение кислорода в атмосферном воздухе.

При высотном полете (Н ≠ 0) потребное количество кислорода для дыхания определяется выражением

VO2 =

αO2 100

W,

где α_O2 — процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе на высоте H.

Подставляя в последнее выражение значение α_O2 из выражения (3.3), получим

VO2 = 0,21  p0 – 47 pH – 47  W.

(3.6)

В то же время потребное количество кислорода для дыхания при использовании кислородной системы может быть определено таким образом:

---

VO2 = (VO2)доп + (VO2)в,

(3.7)

где (V_O2)_в — количество кислорода в подсасываемом воздухе V_в (рис. 3.2).  {77} 

С учетом выражения (3.4) зависимость (3.7) получит другой

VO2 = (VO2)доп + 0,21[W – (VO2)доп].

(3.8)

Если в выражение (3.8) подставить значение V_Q из мости (3.6), то получим основную формулу для расчета дополнительной подачи чистого кислорода:

VO2 =  0,21 0,79  ·  p0 – pH pH – 47  W.

(3.9)

По формуле (3.9) можно рассчитать потребный расход кислорода для человека в зависимости от высоты полета (давления p_H) и потребной величины легочной вентиляции W.

Рис. 3.3. График необходимой величины парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе по высотам

Поскольку величина легочной вентиляции определяется физической нагрузкой человека и меняется в широких пределах (см. табл. 1.5), то зависимость (3.9) дает возможность ориентировочно рассчитать потребный расход чистого кислорода по высоте для какой-то осредненной величины легочной вентиляции W_ср.

Обычно расчет производится для средней величины легочной вентиляции порядка 20 л/мин.

Анализ полученной зависимости (3.9) показывает:

— что в наземных условиях (H = 0) дополнительный расход чистого кислорода (V_O2)_доп = 0;

— что на высоте H = 10 км дополнительный расход чистого кислорода равен потребной величине легочной вентиляции, т. е.

Необходимая величина парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе в зависимости от высоты полета. Исходя из назначения кислородной системы, парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе должно поддерживаться на уровне

pO2 =

21 (760 – 47) 100

= 150 мм рт. ст.

{78}

До высоты 10 км это условие обеспечивается обогащением вдыхаемого воздуха кислородом. Однако начиная с высоты 10 км согласно графику на рис. 3.3 это условие нарушается: на высоте 12 км парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе

pO2 =

100 (p12 – 47) 100

= 98 мм рт. ст.,

а на высоте 19 км оно составляет всего

pO2 =

100 (p19 – 47) 100

 1 мм рт. ст.,

По физиологическим нормам разрешается снижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе до 98 мм рт. ст. и даже до 68 мм рт. ст. в зависимости от времени пребывания на высотах более 12 км. Поэтому на высотах более 12 км продолжительные полеты возможны только в герметических кабинах и в скафандрах, внутри которых поддерживается повышенное давление (не менее р_к ≥ 145 мм рт. ст.) по сравнению с окружающей атмосферой, так как в этом случае обеспечивается р₀ = 145 – 47 = 98 мм рт. ст.

Наиболее распространенным в настоящее время средством спасения экипажа в случае разгерметизации кабины на высотах полета более 12 км является создание избыточного давления кислорода непосредственно в легких. С этой целью применяются кислородные системы с избыточным давлением кислорода по сравнению с давлением окружающей среды. В этом случае расчет парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе ведется по формуле

---

Смотрите также файлы

• 149835_kestelman_v_n_fedorov_a_v_mehanizmy_upravleniya_samoletom.pdf

• Bezopasnost_vzleta_v_uslovijah_obledenenija.pdf

• dorfman_pogovorim_o_shassi.pdf

• Панель_3.pdf

• Панель_3-1.pdf