民機化學氧氣發生器流量偏離接受規則探討

湯旭

【摘 要】本文對民機化學氧氣發生器產品接受試驗中發生的小流量偏離進行分析和論述，以此提出適當的規則來接受小流量偏離。

【關鍵詞】化學氧氣發生器；流量微降；有效意識時間

【Abstract】The purpose of this paper is to provide discussion for why minor flow discrepancies（sometimes called "dips"） are acceptable and propose appropriate criteria for accepting minor flow discrepancies.

【Key words】Chemical oxygen generator； Flow dips； Time of useful consciousness

0 背景和目的

化學氧氣發生器通過化學反應產生應急呼吸用氧。很多化學物質都富含氧氣，比如氯酸鉀和氯酸鈉，他們在加熱時可以釋放出近乎純凈的氧氣。現代客機上大量裝備含有圓柱狀氯酸鈉的氧氣發生器，用來在應急釋壓下提供氧氣給乘客。氧氣發生器與氧氣面罩配套使用，按SAE AS 8025規定的試驗方法，提供符合CCAR25.1443（C）規定的各個高度剖面上氣管氧分壓要求的氧氣量。氧氣發生器因其固態氯酸鈉藥芯設計，產生的氧氣量有其內在固有的變化，可能會導致一些氧氣發生器產生的氧氣量與飛機適航認證過的流量曲線存在輕微的偏離。這種情況發生時，氧氣發生器產生的氧氣量輕微下降到最低要求的流量曲線以下。雖然相對于乘客暴露在高空環境的生理需求，這些小流量的偏離是微不足道的，但實際生產中卻有可能導致該批次氧氣發生器報廢。

本文的目的是分析氧氣發生器發生小流量偏離可接受的原因，并提出適當的標準來接受小流量偏離。本文以國內某型號民機配套的15min氧氣發生器為例進行探討。

1 詳細探討

氧氣發生器輸出氧氣量具有統計學上的特性，圍繞平均值發生變化。這可能導致在極端的工作溫度條件下發生流量微降。如果證明流量微降對乘客的影響是微不足道，并且累計的偏離流量保持在完成整個應急下降剖面總需氧量的1%以內，這種統計學上的變化可以被接受。

是否可以被接受氧氣量微降且低于最小面罩流量曲線的氧氣發生器批次，主要基于缺氧給乘客帶來的生理影響研究，并最終表現為有效意識時間（TUC）。從供氧中斷或高空減壓發生缺氧開始，人體能保持清醒知覺并還能有效工作的持續時間被稱為有效意識時間。

有效意識時間主要與高度有關。當無氧氣供給時，從2萬英尺到4萬英尺高度，有效意識時間從423s迅速降低為14s。當提供AS 8025規定的最小面罩供氧量的70%氧氣時，2萬英尺和4萬英尺高度的有效意識時間分別增加到1433s和514s。TUC與高度關系參見圖1。

因此從流量微降的持續時間和偏離的氧氣量來定義并提出五條規則，確定是否接受產品接受測試（ATP）過程中發生流量微降的氧氣發生器批次：

規則一：實測流量不應低于規定的最小面罩供氧量的70%。

規則二：最大允許的流量微降周期應按安全系數計算。安全系數為高度和最大流量微降偏離量的函數，如表1所示。最大允許的微降周期見表2。

對于流量微降高于70%的規定流量情況，海拔高度不高于3萬英尺的情況下，其安全系數相同；海拔高度超過3萬英尺時，其安全系數逐漸減小。對于表格中沒有的情況，可以使用插值計算獲得。

如果發生多次氧氣發生器輸出的氧氣量低于規定值的情況，應遵循下列方法：

a）如果兩個子事件的間隔時間短于30秒，則這兩個子事件應按持續偏差考慮，且包括中間時間；

b）如果兩個子事件的間隔時間位于30秒和120秒之間，這兩個子事件應結合對待，并按持續偏差考慮，但不包括中間時間；

c）如果兩個子事件的間隔時間超過120秒，這兩個子事件應獨立對待，但總氧量1%的限制是適用的；

d）對于涉及多個高度上流量微降的情況，允許的總的流量微降持續時間是由各個流量微降最大允許的持續時間加權計算。

規則三：

偏離的氧氣量即低于最小面罩流量曲線的氧氣量，不允許大于應急下降剖面所需氧氣量的1%。對于15min應急下降剖面，該數值為0.17L（NTPD）。

規則四：

如果流量微降發生在應急下降剖面末端（即氧氣發生器工作時間過短），規則一不適用，僅規則二和規則三適用。在這種情況下，還必須使用同批次中另外的三個氧氣發生器進行試驗來證明該批次氧氣發生器是否存在工作時間過短的問題。如果這三個氧氣發生器完全滿足工作時間要求，該批次的氧氣發生器可以被接受。

另外在海拔1.5萬英尺之前，不應發生流量中斷的情況。

規則五：

如果存在多個高度，確定最大的流量偏離值并查看參考高度上的最大允許的偏離時間。取平均值或按流量曲線斜率計算最大允許的偏離時間。

2 案例

假定：25kft高度，最大流量偏離為75%，總的流量微降持續時間是60s，總的流量偏離量為0.17L，如圖2所示。

計算如下：

最大流量偏離為75%大于70%，滿足規則一；

位于70%和80%之間，按表2計算25kft最大允許的微降周期t=（70+94）/2=82s，持續時間60s小于最大允許的時間82s，滿足規則二；

總偏離氧氣量為0.17L，滿足規則三；

規則四和規則五，不適用。

綜上，該批次氧氣發生器可以接受。

3 總結

化學氧氣發生器為一次性消耗產品，在其產品接受測試中發生偏離將直接導致該批次產品報廢。本文基于有效意識時間和流量偏離值所探討的五個規則能夠極大的降低這一經濟損失。但這并不能作為成品件供應商最終的依賴，仍需對化學氧氣發生器的設計和制造從嚴把關，提高產品質量。

【參考文獻】

[1]SAE AS 8025 Passenger Oxygen Mask[Z].