Классификация и принцип работы систем кислородного питания экипажей ЛА.

Системы кислородного питания экипажей предназначены для поддержания необходимой величины парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, когда парциальное давление кислорода в атмосфере кабины становится ниже нормального.

Работа системы кислородного питания экипажей летательного аппаратов до «высоты» 10 км в герметической кабине сводится к повышению процентного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе в зависимости от «высоты» в кабине, а свыше 12 км – к созданию определенной величины избыточного давления чистого кислорода непосредственно в легких по сравнению с давлением окружающей среды.

Исходя из назначения кислородной системы, парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе должно поддерживаться на уровне

= =150 мм рт. ст. (4)

До высоты 10 км это условие обеспечивается за счет обогащения вдыхаемого воздуха кислородом. Однако, начиная с высоты 10 км, согласно приведенному графику на рис.1.5, это условие нарушается: на высоте 12 км парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе равно:

= =98 мм рт. ст., (5)

На высоте 19 км оно составляет всего

= =1 мм рт. ст. (6)

Рис. 1.5 График необходимой величины парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе по высотам

По физиологическим нормам разрешается снижение парциальное давления кислорода во вдыхаемом воздухе в пределах 68 мм рт.ст.

Однако при минимальной величине парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, равном 68 мм рт. ст., нормальный газообмен в организме человека сохраняется в течение не более 5-10 мин.

Наиболее распространенным в настоящее время средством спасения экипажа в случае разгерметизации кабины на высоте 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 кислорода окружающей среды. В этом случае расчет парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе ведется по формуле

Р_О =Р_Н - Р_{Н О} + ∆Р , (7)

где ∆Р – величина избыточного давления кислорода во вдыхаемом воздухе.

Для установившегося режима избыточное давление во вдыхаемом воздухе равно избыточному давлению в кислородной маске (гермошлеме) и в легких человека.

Избыточное давление в легких определяется из уравнения

∆Р=Р₁₂-Р_Н, (8)

где Р₁₂=145 мм рт. ст. на высоте 12 км.

Максимальная величина избыточного давления в легких достигает ∆Р<145 мм рт. ст. При такой величине избыточного давления кислорода в легких, даже при полетах в верхних слоях атмосферы, величина парциального давления кислорода будет равна:

Р_О =145-47=98 мм рт. ст.

Таким образом, согласно формуле (8), для подержания парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе на уровне не ниже 98 мм рт. ст. на высотах полета, превышающих 12 км, необходимо увеличивать избыточное давление кислорода в системе питания.

По принципу подачи системы кислородного питания можно разделить на следующие группы:

- системы кислородного питания непрерывной подачи;

- системы кислородного питания прерывной подачи;

- системы кислородного питания комбинированной подачи.

Система кислородного питания непрерывной подачи по принципу работы является разомкнутой системой регулирования расхода кислорода. Количество подаваемого кислорода к дыхательным путям человека увеличивается с высотой. Максимальная величина подачи кислорода обычно соответствует средней легочной вентиляции (порядка 20 л/мин). Редуктор служит для понижения и поддержания необходимого давления кислорода перед регулятором подачи. Регулятор непрерывной подачи кислорода обеспечивает потребный расход чистого кислорода, необходимый для дыхания в зависимости от высоты. Кислородная маска предназначается для подачи кислорода к дыхательным путям.

Рис.1.6 Схема непрерывной подачи кислорода

ЗК – необходимый запас кислорода; РК – кислородный редуктор; РНП – регулятор непрерывной подачи; КМ – кислородная маска

Система непрерывной подачи кислорода может быть использована для питания кислородом одновременно нескольких человек. Данная система является неэкономичной из-за непрерывного расхода О_2, кроме того, в этой системе отсутствует необходимая органическая связь между потребной легочной вентиляцией и фактическим расходом кислорода.

Система кислородного питания прерывной подачи кислорода является достаточно герметичной. Если система подачи будет негерметична, то на «высотах» в кабине более 3 км организм начнет испытывать кислородное голодание. Для предотвращения указанного явления в системе предусмотрен регулятор избыточного давления РИД, который на высотах более 4 км поддерживает в замкнутой системе небольшое избыточное кислорода до 40 мм. вод. ст., исключающее подсос воздуха в кислородную маску, а на высоте Н >12 км обеспечивает большое избыточное давление. Автомат подсоса воздуха АПВ, обеспечивает в системе кислородного питания необходимую концентрацию кислорода во вдыхаемом воздухе, а следовательно, и необходимую величину парциального давления кислорода. Система кислородного питания прерывной подачи является достаточно экономичной по расходу за счет применения в схеме регулятора прерывной подачи кислорода РПП. С целью компенсации избыточного давления кислорода в легких, в случае разгерметизации кабины на высоте полета более 12 км, в данной схеме предусмотрена компенсирующая одежда КО. Система кислородного питания прерывной подачи является системой индивидуального пользования.

Рис.1.7. Схема прерывной подачи кислорода

ЗК – запас кислорода; РК – кислородный редуктор; РПП – регулятор прерывной подачи; КМ – кислородная маска; МИД – механизм избыточного давления; АПВ – автомат подсоса воздуха; КО – компенсирующая одежда

Система кислородного питания комбинированной подачи, представляет собой комбинацию двух ранее рассмотренных систем подачи кислорода.

Рис.1.8. Схема комбинированной подачи кислорода

В зависимости от условий работы кислородной системы («высоты» в кабине и легочной вентиляции) включается тот или иной контур подачи кислорода или оба вместе, тем самым создаются лучшие условия кислородного питания человека в полете. Применение подобной системы обеспечивает повышенную надежность подачи кислорода к дыхательным путям.