飛機(jī)供氧原理與結(jié)構(gòu)

摘要：12 km以下高度供氧方式包括肺式供氧、等壓呼吸、氧濃度隨高度自動調(diào)節(jié)、安全余壓和應(yīng)急供氧；12 km以上高度采用加壓供氧。氧氣調(diào)節(jié)器是供氧系統(tǒng)的關(guān)鍵控制器，它可以隨環(huán)境壓力和飛行員呼吸的變化，按相應(yīng)的高度進(jìn)行不同的供氧方式，供給飛行員一定壓力、流量和含氧濃度的混合氣或純氧。

關(guān)鍵詞：高度 供養(yǎng)原理 結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TN2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-0-01

大氣壓力降低對人體生理影響的原因在于吸入氣的氧分壓降低，這是高空環(huán)境中影響工作效率、生命安全的重要因素，供氧設(shè)備的作用就是預(yù)防高空缺氧、低氣壓效應(yīng)引起的不良生理反應(yīng)，環(huán)境氣壓的變化決定著供氧設(shè)備的工作方式。

1 12 km以下高度供氧原理

供氧設(shè)備功能：（1）高度2 km以下飛行，飛行員呼吸座艙空氣，減少氧氣消耗，增加續(xù)航時間。（2）高度在2～8 km內(nèi)，系統(tǒng)隨著飛行高度變化自動調(diào)節(jié)吸入氧氣濃度即含氧百分比，隨著高度的不斷增加，自動提高吸入氣中的含氧百分比，8 km時含氧濃度在90‰以上。（3）高度在5～7 km內(nèi)，在供氧面罩內(nèi)建立（0.13～0.44）kPa的安全余壓，防止供氧面罩滲漏等因素造成缺氧。（4）在正常供氧發(fā)生故障的時候，可以進(jìn)行應(yīng)急供氧。因此12 km以下高度的供氧方式包括肺式供氧、等壓呼吸、氧濃度隨高度自動調(diào)節(jié)、安全余壓和應(yīng)急供氧等方式。

1.1 肺式供氧

肺式供氧是通過氧氣調(diào)節(jié)器的肺式機(jī)構(gòu)來完成。肺式供氧機(jī)構(gòu)主要由進(jìn)氧活門、彈簧、杠桿和膜片等組成。膜片的上腔與座艙相通，調(diào)節(jié)器內(nèi)腔與面罩（頭盔）相通。當(dāng)不吸氣時，調(diào)節(jié)器內(nèi)腔的氣體壓力與膜片上腔的壓力（座艙壓力）相等。當(dāng)吸氣時，面罩的壓力降低，內(nèi)腔的氧氣流入面罩，致內(nèi)腔的壓力下降，膜片在內(nèi)外壓差的作用下向下彎曲，使杠桿繞支點轉(zhuǎn)動，壓縮彈簧打開進(jìn)氧活門，氧氣通過進(jìn)氧活門，一路流到示流器使唇片張開，表示調(diào)節(jié)器已供氧；另一路經(jīng)噴嘴、混合腔到調(diào)節(jié)器內(nèi)腔，使內(nèi)腔壓力不致繼續(xù)降低。呼氣時，面罩內(nèi)的呼氣活門打開，吸氣活門關(guān)閉，調(diào)節(jié)器內(nèi)腔的氧氣不再流入面罩，因而內(nèi)腔的壓力很快升高到與膜片上腔的壓力相等，進(jìn)氧活門在彈簧的作用下自動關(guān)閉，這時示流器唇片關(guān)閉，表示調(diào)節(jié)器處于不供氧狀態(tài)。由于呼吸不斷交替，進(jìn)氧活門便還時關(guān)時開，氧氣時流時止，肺式供氧機(jī)構(gòu)膜片兩面壓力的變化，從平衡到不平衡便形成了肺式供氧也稱為斷續(xù)供氧。

1.2 等壓呼吸

面罩內(nèi)壓力等于座艙環(huán)境壓力。當(dāng)飛行員吸氣時，肺式機(jī)構(gòu)內(nèi)腔的壓力減小，在座艙氣壓的作用下，膜片彎曲，通過杠桿將肺式進(jìn)氧活門打開，氧氣從減壓器流入肺式機(jī)構(gòu)內(nèi)腔，使內(nèi)腔壓力逐漸增加，當(dāng)肺式調(diào)節(jié)內(nèi)腔壓力與座艙氣體壓力相等時，膜片回到原來中立位置進(jìn)氧活門關(guān)閉，氧氣停止流入，所以肺式機(jī)構(gòu)就保證了供氧壓力等于座艙壓力，即進(jìn)行了等壓供氧。

1.3 氧濃度隨高度自動調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)含氧百分比是通過利用空氣自動器機(jī)構(gòu)的真空膜盒控制空氣活門的開度，當(dāng)高度升高時，作用在真空膜盒上的氣壓減小，真空膜盒膨脹，空氣活門的開度便逐漸減小，因此進(jìn)入混合腔中的空氣流量逐漸減小，混合氣的含氧百分比就逐漸增大。當(dāng)高度增加到8～10 km時，空氣活門完全關(guān)閉，氧氣調(diào)節(jié)器開始供純氧。

氧濃度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)保證在各種肺通氣量及高度等條件下，使含氧百分比在一定范圍內(nèi)隨高度變化，引射器是通過空氣自動進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置與引射器協(xié)調(diào)工作來調(diào)節(jié)氧濃度的。

1.4 安全余壓

供氧設(shè)備在5～12 km高度供給飛行員吸用的氧氣壓力與座艙氣壓的差值叫安全余壓，大約為（294～392）kPa。安全余壓的作用是防止供氧面罩與飛行員面部貼合不緊時吸入空氣，降低了吸用氣體的含氧百分比，還能減小吸氣阻力。安全余壓機(jī)構(gòu)是由真空膜盒、小膜片、安全余壓機(jī)構(gòu)的進(jìn)氧活門彈簧組成；安全余壓的大小是由輔助供氧機(jī)構(gòu)控制的。

1.5 應(yīng)急供氧

在供氧量不足，吸氣阻力過大或肺式機(jī)構(gòu)不能供氧等緊急情況下，飛行員可以打開應(yīng)急供氧開關(guān)，經(jīng)過減壓器減壓后的氧氣從應(yīng)急開關(guān)的錐形活門流出，一路到示流器，使示流器的唇片一直張開，另一路從混合腔進(jìn)入調(diào)節(jié)器的內(nèi)腔再進(jìn)供氧面罩。

2 12 km以上高度的供氧原理

在此高度范圍采用加壓供氧。首先應(yīng)當(dāng)給代償服裝拉力管或膠囊充氧，在飛行員體外先造成機(jī)械壓力，然后隨高度升高逐漸增大供氧面罩內(nèi)的氧氣余壓，進(jìn)行連續(xù)增壓供氧，還必須自動調(diào)節(jié)代償服裝拉力管或膠囊余壓與供氧面罩余壓，使兩者保持一定比例關(guān)系，從而使代償服裝拉力管作用在飛行員身體外部的機(jī)械壓力大體上等于供氧面罩內(nèi)的余壓。在12 km以上高度時氧氣設(shè)備按照連續(xù)供氧、服裝加壓、呼吸加壓、壓力比控制等方式進(jìn)行加壓供氧。

（1）8 km高度時，主空氣自動器機(jī)構(gòu)的真空膜盒已經(jīng)將空氣活門關(guān)閉，使調(diào)節(jié)器向氧氣面罩輸送純氧。在12 km高度以上，氧氣設(shè)備向飛行員連續(xù)供氧，此時示流器一直是張開的，呼吸時應(yīng)根據(jù)余壓表指針的擺動來判斷調(diào)節(jié)器的工作情況。余壓表指示值越大，表明連續(xù)供氧的壓力越高。此時應(yīng)根據(jù)余壓表來判斷氧氣設(shè)備的工作狀態(tài)。在氧氣設(shè)備進(jìn)行加壓供氧時，要先給飛行員的代償服充壓，使代償服裝在人體外部產(chǎn)生均勻的機(jī)械壓力，防止人體內(nèi)外的壓力過大。

（2）呼吸道內(nèi)的氣體壓力高于體外的空氣壓力，并且隨高度升高而逐漸加大。壓力比控制就是自動調(diào)節(jié)代償服裝拉力管或膠囊余壓與供氧面罩余壓的比值。

飛行員的體表代償壓力是靠氧氣給加壓服拉力管充氧，使加壓拉力管鼓起緊箍人體，從而在體外加上均勻的代償壓力的。為了保持代償服拉力管給飛行員體外造成的代償壓力，大體上等于飛行員肺內(nèi)的氣體壓力，必須使加壓拉力管或膠囊管中的余壓大于供氧面罩余壓，并且保持一定比例。拉力管加壓與供氧面罩余壓保持一定的比例是由壓力比調(diào)節(jié)器中壓力比機(jī)構(gòu)來完成的。

3 供氧系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

供氧系統(tǒng)的一般組成分為：氧氣源、氧氣開關(guān)、氧氣減壓器、氧氣示流器、氧氣調(diào)節(jié)器、氧氣斷接器、壓力比調(diào)節(jié)器、快速分離器、跳傘氧氣調(diào)節(jié)器、代償背心、氧氣面罩、飛行保護(hù)頭盔、抗荷褲。

4 結(jié)語

氧氣調(diào)節(jié)器是供氧系統(tǒng)的關(guān)鍵控制核心，它可以隨環(huán)境壓力和使用者呼吸的變化，按不同供氧方式、不同高度的供氧要求，向氧氣面罩供給一定壓力、流量和含氧濃度的混合氣或純氧。肺式機(jī)構(gòu)和空氣進(jìn)氣機(jī)構(gòu)是氧氣調(diào)節(jié)器中十分重要的組成部件，肺式機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)使用者的呼吸頻率和肺通氣量大小自動供給氧氣，而空氣進(jìn)氣機(jī)構(gòu)能夠通過控制活門開度來調(diào)節(jié)空氣流量，肺式機(jī)構(gòu)和空氣進(jìn)氣活門的性能直接關(guān)系到氧氣調(diào)節(jié)器以及整個供氧系統(tǒng)性能的好壞

參考文獻(xiàn)

[1]王浚，余建祖，莊達(dá)民，等.新興的人機(jī)與環(huán)境工程技術(shù)科學(xué)[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2002（5）.