大型運(yùn)輸機(jī)乘員連續(xù)供氧呼吸模型及試驗(yàn)分析

封文春，朱永峰

1. 航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，西安 710089 2. 陜西省飛行器環(huán)境控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710089

航空供氧主要有兩種方式，即肺式供氧和連續(xù)供氧。連續(xù)供氧是航空上最早采用的供氧系統(tǒng)，雖然其耗氧不經(jīng)濟(jì)，但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便可靠、呼吸阻力小、可集體使用等優(yōu)點(diǎn)，仍然用于大型運(yùn)輸機(jī)旅客、傘兵或傷病員的集體供氧，以及機(jī)上走動(dòng)乘員便攜式應(yīng)急供氧和醫(yī)療用氧。連續(xù)供氧的供氧量取決于所配套的面罩和使用對(duì)象。不同的使用對(duì)象，參考的標(biāo)準(zhǔn)不同。民用飛機(jī)旅客和乘務(wù)員的連續(xù)供氧最小補(bǔ)氧量的基本依據(jù)是運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)FAR25.1443(c)或CCAR25.1443(c)，即對(duì)于旅客和客艙服務(wù)員，在不同的座艙壓力高度上每人所需的最小補(bǔ)氧流量，不得小于在使用氧氣設(shè)備(包括面罩)時(shí)保持下述吸氣平均氣管氣氧分壓所需的氧流量：① 座艙壓力高度超過(guò)3 000 m直到5 600 m，每分鐘呼吸15 L (Body Temperature and Pressure Saturated，BTPS)，且(保持固定呼吸時(shí)間間隔的)潮氣量為700 mL時(shí)，平均氣管氣氧分壓為100 mmHg(1 mmHg =133.3 Pa)；② 座艙壓力高度超過(guò)5 600 m 直至12 000 m，每分鐘呼吸30 L(BTPS)，且(保持固定呼吸時(shí)間間隔的)潮氣量為1 100 mL時(shí)，平均氣管氣氧分壓為83.8 mmHg[1]。對(duì)于傘兵和服務(wù)人員，供氧的標(biāo)準(zhǔn)為：① 在大約3.5 km以下，保證在肺換氣量15 L/min、潮氣量0.7 L，氣管氣氧分壓為150 mmHg；② 高度為3.5～11 km 范圍內(nèi)，應(yīng)保證在肺換氣量30 L/min、潮氣量1.1 L，氣管氣氧分壓不低于122 mmHg[2]。無(wú)論是適航條款，還是其他標(biāo)準(zhǔn)，最小補(bǔ)氧量是確保氣管氣氧分壓，并沒(méi)有給出不同高度下的供氧量。在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，如GJB1565、JSSG—2010—10等給出了不同座艙高度下的最小供氧量，但缺乏相關(guān)的理論計(jì)算模型。雖然在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域建立了相對(duì)比較完善的呼吸系統(tǒng)模型[3-7]，主要用于呼吸機(jī)模擬和呼吸系統(tǒng)仿真，但在航空工程領(lǐng)域應(yīng)用上卻沒(méi)有相關(guān)的呼吸模型。文獻(xiàn)[8]僅是根據(jù)供氧量利用FlowMaster對(duì)大型運(yùn)輸機(jī)乘員供氧系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，分析了系統(tǒng)的流量分配。文獻(xiàn)[2]給出了連續(xù)供氧供氧量計(jì)算公式，但并不通用。

本文所開(kāi)展的大型運(yùn)輸機(jī)乘員供氧試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)尚屬首次，設(shè)計(jì)了物理模擬試驗(yàn)和真人試驗(yàn)。物理模擬試驗(yàn)是利用機(jī)械肺模擬呼吸，通過(guò)測(cè)試假人頭部口鼻型面罩內(nèi)的氧濃度來(lái)判斷系統(tǒng)供氧是否滿(mǎn)足要求。真人試驗(yàn)是利用真人模擬低壓情況下的供氧，通過(guò)測(cè)試心電圖、指尖血氧飽和度等生理指標(biāo)判斷是否缺氧。

本文基于人體呼吸過(guò)程，建立了連續(xù)供氧呼吸模型，計(jì)算分析了不同供氧標(biāo)準(zhǔn)下不同高度的最小供氧量。介紹了大型運(yùn)輸機(jī)乘員供氧試驗(yàn)方法與原理，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

1 乘員供氧系統(tǒng)

采用氣氧方式為乘員供氧的大型運(yùn)輸機(jī)乘員氧氣系統(tǒng)一般由高壓氣氧源、減壓器組件、氧氣調(diào)節(jié)器、面罩以及管路附件等組成。其中氧氣調(diào)節(jié)器為集體用連續(xù)供氧調(diào)節(jié)器。存儲(chǔ)的高壓氣氧，經(jīng)減壓器減壓后輸送到氧氣調(diào)節(jié)器，由調(diào)節(jié)器根據(jù)座艙高度調(diào)整后端管內(nèi)壓力，由每個(gè)供氧點(diǎn)的限流孔保證在不同座艙高度下的供氧流量。典型的大型運(yùn)輸機(jī)乘員氣氧供氧系統(tǒng)如圖1所示。

所謂連續(xù)供氧，是指不依據(jù)肺通氣量和呼吸頻率而連續(xù)不斷地提供氧氣，主要依靠面罩上的呼吸活門(mén)和儲(chǔ)氣袋調(diào)節(jié)。不同座艙高度下，每個(gè)供氧點(diǎn)的供氧流量要求如表1所示[9]，表中NTPD 表示正常狀態(tài)，即20 ℃、760 mmHg、干燥氣體條件。

圖1 典型大型運(yùn)輸機(jī)乘員供氧系統(tǒng)Fig.1 Oxygen supply system for members in typical large transport aircraft表1 佩戴連續(xù)供氧面罩的每個(gè)乘客的氧氣流量[9]Table 1 Oxygen flow of each passenger with continuous oxygen supply mask[9]

Cabin altitude/kmCabin pressure/mmHgFlow/(L·min-1)(NTPD)3525.820.74.5432.960.76353.852.07.5286.882.909230.563.6210198.264.2512144.854.70

2 連續(xù)供氧呼吸模型

機(jī)體與外界環(huán)境之間和機(jī)體內(nèi)部進(jìn)行氣體交換的過(guò)程，稱(chēng)為呼吸[10]。人類(lèi)的呼吸過(guò)程必須經(jīng)歷3個(gè)基本環(huán)節(jié)，即外呼吸、氣體運(yùn)輸和內(nèi)呼吸。針對(duì)航空供氧系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要關(guān)心外呼吸過(guò)程。外呼吸包括外界空氣與肺泡之間的氣體交換以及肺泡與毛細(xì)血管中血液之間的氣體交換，即肺通氣和肺換氣兩個(gè)過(guò)程。肺泡氣氧分壓水平?jīng)Q定著動(dòng)脈血被氧合的程度，因此，可通過(guò)肺泡氣氧分壓來(lái)判斷是否缺氧。簡(jiǎn)化的肺泡氣氧分壓方程為[11]

(1)

式中：PAO2為肺泡氣氧分壓；PIO2為氣管氣氧分壓；PACO2為肺泡二氧化碳分壓；FIO2為氣管氣氧濃度；RA為肺泡氣交換率，其表達(dá)式為

(2)

其中：FACO2、FAO2分別為肺內(nèi)二氧化碳和氧氣的濃度。

由式(1)可以看出，在假定肺泡二氧化碳分壓不變的情況下，肺泡氣氧分壓主要取決于氣管氣氧分壓和氣管氣氧濃度。氣管氣壓力在體溫恒定的條件下與座艙高度相關(guān)，氣管氣氧濃度與吸入氣成分相關(guān)。

高空供氧，一般都是通過(guò)氧氣面罩來(lái)為乘員補(bǔ)充氧氣。對(duì)運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)的乘員供氧來(lái)說(shuō)，采用的面罩一般為罩住口、鼻的口鼻型連續(xù)供氧面罩，由面罩主體、活門(mén)、面罩懸掛裝置、儲(chǔ)氣袋、供氧軟管等組成[12-14]。有開(kāi)式稀釋再呼吸式面罩、活門(mén)或節(jié)流式時(shí)相稀釋再呼吸式面罩、活門(mén)或節(jié)流式時(shí)相稀釋儲(chǔ)氣式面罩等形式。在航空中應(yīng)用較多的是采用儲(chǔ)氣袋的活門(mén)或節(jié)流式時(shí)相稀釋儲(chǔ)氣式面罩。在面罩主體和儲(chǔ)氣袋之間裝有控制活門(mén)，用于阻止呼出氣進(jìn)入儲(chǔ)氣袋，以保證儲(chǔ)氣袋內(nèi)是純氧。在吸氣相后期，隨著儲(chǔ)氣袋內(nèi)純氧的消耗使環(huán)境空氣活門(mén)受載開(kāi)啟，引入環(huán)境空氣完成稀釋。呼氣時(shí)，空氣活門(mén)和供氧活門(mén)關(guān)閉，呼出氣通過(guò)呼氣活門(mén)排出。在呼吸過(guò)程中，由于無(wú)效腔的存在，呼出氣并不是完全排出的，無(wú)效腔內(nèi)有一定的殘留量。圖2是佩戴該型氧氣面罩的呼吸過(guò)程簡(jiǎn)化模型。

實(shí)際的呼吸過(guò)程比較復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，模型的建立基于如下假設(shè)：

1) 體溫恒定為37 ℃。

2) 忽略面罩死腔的影響，并假定吸入氣在面罩內(nèi)充分混合后再被吸入氣管。

3) 忽略座艙空氣中水蒸氣和二氧化碳的影響，吸入氣僅由氧氣和氮?dú)饨M成。

4) 忽略吸入氣和呼出氣在呼吸無(wú)效腔殘留的影響。

根據(jù)上述假設(shè)，吸入氣含氧體積百分比為

(3)

式中：QO2、Qa分別為單次吸氣時(shí)系統(tǒng)提供的氧氣量和吸入的空氣量，應(yīng)等于潮氣量VT(單位為L(zhǎng))，即

QO2+Qa=VT

(4)

吸入的空氣量Qa與潮氣量和供氧量有關(guān)，一般是在吸氣末通過(guò)面罩的吸氣活門(mén)吸入。吸入空氣量可以根據(jù)面罩呼吸活門(mén)的設(shè)計(jì)參數(shù)和吸入氣壓力及座艙壓力進(jìn)行計(jì)算，在本文中是將式(4)代入式(3)消去了Qa，在求得供氧量后再由式(4)求得吸入空氣量。常數(shù)項(xiàng)0.21是座艙空氣中氧氣的體積百分比，試驗(yàn)證明，空氣中恒定組成部分的體積百分比在距離地面100 km高度以?xún)?nèi)幾乎是不變的[15]。

吸入氣由于在進(jìn)入氣管后被水蒸氣稀釋?zhuān)虼藲夤軞飧鹘M分體積百分比與吸入氣不同。基于體溫恒定時(shí)氣管氣為飽和濕氣，水蒸氣含量不變的條件下，同時(shí)忽略呼出氣在氣管內(nèi)的殘留，氣管氣主要有氧氣、氮?dú)夂退魵饨M成。氣管氣氧組分體積百分比FIO2可由式(5)～式(6)計(jì)算，其中含濕量可由飽和水蒸氣壓和吸入氣壓力求得[16]。

圖2 連續(xù)供氧呼吸模型Fig.2 Respiration model for continuous oxygen supply

(5)

(6)

式中：d為氣管氣含濕量，kg/kg(干空氣)；Pa為吸入氣壓，mmHg；Ps為體溫時(shí)的飽和水蒸氣壓，mmHg；Ra、RI分別為吸入氣和氣管氣氣體常數(shù)，可由各組分質(zhì)量百分比計(jì)算。根據(jù)氣管氣含濕量恒定的條件，氣管氣各組分質(zhì)量百分比計(jì)算表達(dá)式為

(7a)

(7b)

(7c)

式中：gaO2、gaN2為吸入氣中氧氣和氮?dú)獾馁|(zhì)量百分比，由吸入的座艙空氣、系統(tǒng)供應(yīng)的純氧組成，可根據(jù)吸入氣各組分的體積百分比計(jì)算，即

(8)

其中：Fai為吸入氣組分i的體積百分比；Mi為組分i氣體摩爾質(zhì)量；n為組分?jǐn)?shù)量。吸入氣僅由氧氣和氮?dú)饨M成，因此可得

FaN2=1-FaO2

(9)

由式(3)～式(9)，按照供氧標(biāo)準(zhǔn)即可計(jì)算不同高度下的供氧量。

3 試 驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)原理及方法

試驗(yàn)是驗(yàn)證供氧系統(tǒng)是否滿(mǎn)足生理需求的重要手段。本文所開(kāi)展的大型運(yùn)輸機(jī)乘員供氧試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)尚屬首次，為了保證參試人員的安全，試驗(yàn)分為物理模擬試驗(yàn)和真人試驗(yàn)。

雖然工程上是按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)供氧流量，由調(diào)節(jié)器根據(jù)座艙高度調(diào)節(jié)供氧口前端壓力，結(jié)合供氧口的限流孔實(shí)現(xiàn)按高度調(diào)節(jié)供氧流量。但在試驗(yàn)中僅測(cè)試流量不能驗(yàn)證供氧生理要求。肺泡氣氧分壓或血氧飽和度是判斷是否缺氧的直接依據(jù)，然而在試驗(yàn)中直接進(jìn)行真人試驗(yàn)具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)適航條款和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可用氣管氣氧分壓判斷是否缺氧，氣管氣氧分壓計(jì)算表達(dá)式為

PIO2=(Pa-Ps)FIO2

(10)

考慮到物理模擬試驗(yàn)中所用機(jī)械肺并沒(méi)有增加水蒸氣，吸入氣和氣管氣的成份一致，因此，在物理試驗(yàn)中可通過(guò)測(cè)試面罩內(nèi)的氧濃度來(lái)判斷系統(tǒng)供氧是否滿(mǎn)足生理要求。

首先進(jìn)行物理模擬試驗(yàn)，利用機(jī)械肺模擬呼吸，測(cè)試假人頭部供氧面罩內(nèi)的氧濃度來(lái)判斷系統(tǒng)供氧是否滿(mǎn)足要求。然后進(jìn)行真人試驗(yàn)。測(cè)試者進(jìn)入低壓艙并坐下，然后上升高度至3 050 m和4 575 m，分別在此高度穩(wěn)定停留3 min，測(cè)量被試者血氧飽和度，建立對(duì)應(yīng)于平均氣管氣氧分壓分別為100 mmHg和83.8 mmHg的血氧飽和度基準(zhǔn)線(xiàn)，血氧飽和度分別為90%～93%和83%～ 86%。吸氧排氮30 min后上升至12 000 m高度，然后每下降1 524 m高度停留3 min，通過(guò)測(cè)試心電圖和指尖血氧飽和度判斷供氧是否滿(mǎn)足生理要求。

物理模擬試驗(yàn)又分為兩個(gè)階段，即機(jī)械肺模擬試驗(yàn)和多點(diǎn)測(cè)試。在測(cè)試中，供氧點(diǎn)的前端按照飛機(jī)實(shí)際裝機(jī)狀態(tài)由氧氣調(diào)節(jié)器和座艙高度傳感器及激勵(lì)器按照不同座艙高度調(diào)節(jié)輸出壓力。機(jī)械肺模擬試驗(yàn)的原理如圖3所示，通過(guò)測(cè)試佩戴在假人頭部面罩內(nèi)的氧濃度來(lái)初步判斷系統(tǒng)的供氧是否滿(mǎn)足要求。

由于受到試驗(yàn)條件的限制，不可能模擬全乘員狀態(tài)。在試驗(yàn)時(shí)，選擇系統(tǒng)的一個(gè)典型支路，按照實(shí)際裝機(jī)狀態(tài)連接，測(cè)試32個(gè)供氧點(diǎn)，其中2個(gè) 測(cè)試點(diǎn)利用機(jī)械肺模擬肺通氣量。另外的30個(gè)測(cè)試點(diǎn)利用壓差模擬吸氣過(guò)程，但是不能模擬呼氣過(guò)程。在每個(gè)面罩上打孔用細(xì)管抽取面罩內(nèi)的氣體利用質(zhì)譜儀進(jìn)行氧濃度的測(cè)試，試驗(yàn)原理如圖4所示。系統(tǒng)管路、調(diào)節(jié)器、假人頭模型等放在低壓艙內(nèi)，模擬不同的座艙高度。通過(guò)高度傳感器和激勵(lì)器給氧氣調(diào)節(jié)器發(fā)送座艙高度信號(hào)，氧氣調(diào)節(jié)器按照座艙高度調(diào)節(jié)輸出壓力，達(dá)到在不同的座艙高度下供氧量的調(diào)節(jié)。

圖3 機(jī)械肺測(cè)試原理圖Fig.3 Test schematic of mechanical lung

圖4 氧濃度測(cè)試原理圖Fig.4 Test schematic of oxygen concentration

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

機(jī)械肺模擬試驗(yàn)的數(shù)據(jù)如表2所示，肺通氣量為20 L/min。多點(diǎn)測(cè)試試驗(yàn)主要以肺通氣量為20 L/min為主，試驗(yàn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖5所示，圖中所示面罩腔內(nèi)氧濃度為測(cè)試數(shù)據(jù)的最小值和最大值的均值，其中測(cè)試點(diǎn)31和32為機(jī)械肺，其余各點(diǎn)是通過(guò)壓差來(lái)模擬吸氣量，沒(méi)有呼氣。肺通氣量為30 L/min(呼吸頻率為每分鐘25次)時(shí)僅利用機(jī)械肺測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。真人測(cè)試的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表2 機(jī)械肺兩點(diǎn)測(cè)試面罩內(nèi)氧濃度Table 2 Two-point test measured oxygen concentrations in mask with mechanical lung

圖5 多點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)(肺通氣量：20 L/min)Fig.5 Multi-point test datas (pulmonary ventilation: 20 L/min)表3 面罩內(nèi)氧濃度(肺通氣量：30 L/min)Table 3 Oxygen concentration in mask (pulmonary ventilation: 30 L/min)

Cabin altitude/kmOxygen concentration/%No.1 mechanical lungNo.2 mechanical lungMean peak value3.023-2523-2525.04.025-2624-2726.54.527-2825-2828.06.033-3629-3636.07.539-4536-4746.08.153-5955-5959.09.058-6459-6765.510.060-7060-7170.511.066-7665-7977.5

表4 被試者指尖血氧飽和度Table 4 Testers’ oxygen saturation of blood at fingertip

4 理論計(jì)算與試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.1 理論計(jì)算

供氧標(biāo)準(zhǔn)僅給出了最小補(bǔ)氧量應(yīng)滿(mǎn)足平均氣管氣氧分壓的要求，并沒(méi)有給出不同高度上的供氧量大小。雖然相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[9,17]給出了不同高度的最小供氧量，但無(wú)理論計(jì)算依據(jù)。文獻(xiàn)[2]基于連續(xù)供氧要求，給出了在各高度上系統(tǒng)應(yīng)向每個(gè)用氧者供應(yīng)的氧氣量：

QO2=1.57×10-3[PIO2-0.21(PH-47)]VA

(10)

式中：VA為肺換氣量，L/min(BTPS)；PH為在高度H上的大氣壓力，mmHg。

按照本文建立的呼吸模型，根據(jù)民機(jī)適航條款旅客最小補(bǔ)氧量計(jì)算的供氧量以及按照文獻(xiàn)[2] 計(jì)算的最小供氧量的對(duì)比如表5所示。依據(jù)傘兵供氧標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的補(bǔ)氧量和文獻(xiàn)[10]給出的供氧量的對(duì)比如表6所示。

表5 民機(jī)旅客連續(xù)供氧流量Table 5 Continuous oxygen supply flow of civil aircraft passengers

注：① 按照現(xiàn)行適航標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算；② 計(jì)算時(shí)供氧系統(tǒng)的溫度按15 ℃計(jì)，座艙空氣溫度為相應(yīng)高度上的環(huán)境溫度；③ 在11.0 km的高度已到最大供氧量。

表6 傘兵連續(xù)供氧流量Table 6 Continuous oxygen supply flow of paratroops

注：① 按照文獻(xiàn)[2]的供氧標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

從表5中數(shù)據(jù)可以看出，文獻(xiàn)[2]給出的公式按照現(xiàn)役適航標(biāo)準(zhǔn)(CCAR25-R4)計(jì)算民機(jī)旅客的供氧量明顯偏小，與連續(xù)供氧標(biāo)準(zhǔn)的要求偏差較大。按照傘兵供氧標(biāo)準(zhǔn)，文獻(xiàn)[2]公式計(jì)算的數(shù)據(jù)與本文的計(jì)算數(shù)據(jù)基本上都位于文獻(xiàn)[10]給出的供氧量區(qū)間內(nèi)。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)文獻(xiàn)的對(duì)比表明，所建的連續(xù)供氧呼吸模型可以作為連續(xù)供氧系統(tǒng)不同高度供氧流量的計(jì)算理論依據(jù)。

利用所建的連續(xù)供氧呼吸模型，按照適航供氧標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的民機(jī)旅客不同高度的供氧流量和吸入氣氧濃度曲線(xiàn)如圖6所示。從圖中可以看出，在10.5 km處供氧流量出現(xiàn)下降，是由于計(jì)算的精度所致。吸入氣氧濃度在5.5 km處出現(xiàn)了拐點(diǎn)，這是由于肺通氣量和平均氣管氣氧分壓改變所致。

圖6 不同高度下供氧流量和吸入氣氧濃度Fig.6 Oxygen supply flow and inhaled oxygen concentration at different altitudes

4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，一般先采用機(jī)械肺來(lái)替代人員模擬呼吸過(guò)程。機(jī)械肺使用一個(gè)勻速旋轉(zhuǎn)的凸輪，帶動(dòng)活塞在套筒中往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬人的呼吸。由于這種呼吸不包含水蒸氣，也無(wú)肺泡二氧化碳分壓，氣管氣與吸入氣的氣體組分基本一致。吸入氣氧分壓等于氣管氣氧分壓，通過(guò)測(cè)試面罩腔內(nèi)的濃度即可判斷供氧是否滿(mǎn)足生理需求。

在試驗(yàn)中，機(jī)械肺的肺通氣量和旋轉(zhuǎn)頻率是固定，主要有兩種肺通氣量，即15 L/min和20 L/min (NTPD)。供氧系統(tǒng)的供氧量按照標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)際供氧量一般大于標(biāo)準(zhǔn)要求值。從表3的數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)按高度提供的供氧流量能夠滿(mǎn)足吸入氣氧濃度的要求。從圖5 多點(diǎn)測(cè)試的氧濃度數(shù)據(jù)可以看出，除了兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)氧濃度有較大偏差外，其余各點(diǎn)的變化趨勢(shì)基本是一致的，說(shuō)明所設(shè)計(jì)的物理試驗(yàn)方法是可行的。由所測(cè)得面罩內(nèi)的氧濃度可換算出各測(cè)試點(diǎn)的氧分壓。圖7給出了座艙高度為4.0、7.5、 9.0和12.0 km下各測(cè)試點(diǎn)的氧分壓。

圖7 不同座艙高度下各測(cè)試點(diǎn)的氧分壓(通氣量： 20 L/min)Fig.7 Oxygen partial pressure at each test point at different cabin altitudes(ventilation： 20 L/min)

由試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，在通氣量為20 L/min的情況下，12 km及其以下高度各測(cè)試點(diǎn)的氧分壓均達(dá)到100～83.8 mmHg，滿(mǎn)足供氧防護(hù)生理要求。通氣量為15 L/min時(shí)，12 km及其以下高度各測(cè)試點(diǎn)的氧分壓也滿(mǎn)足供氧防護(hù)生理要求，其測(cè)試結(jié)果不再具體給出。

但是，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以看出，測(cè)試點(diǎn)的氧分壓值基本上均大于標(biāo)準(zhǔn)值的要求，這與連續(xù)供氧系統(tǒng)的供氧特點(diǎn)有關(guān)。實(shí)際上，在實(shí)際的呼吸過(guò)程中，只有1/4到1/3的吸入氧被吸入進(jìn)血液，其余的被呼出浪費(fèi)[18]。試驗(yàn)表明，人體呼吸純氧時(shí)，從呼吸氣中吸收的氧僅占消耗量的1/4～1/23[2]。為了克服連續(xù)供氧系統(tǒng)耗氧量大的缺點(diǎn)，目前正在研究電子脈沖肺式供氧系統(tǒng)(EDS)，并已在B787飛機(jī)和A350XWB飛機(jī)旅客氧氣系統(tǒng)上得到應(yīng)用。效率測(cè)量表明，EDS輸送的氧氣有90%直接進(jìn)入血液，僅利用典型恒定流量系統(tǒng)1/10的氧氣，即可維持高于90%的血氧飽和度。

5 結(jié) 論

1) 所建連續(xù)供氧呼吸模型可以計(jì)算不同供氧標(biāo)準(zhǔn)在不同高度下的供氧流量，為乘員連續(xù)供氧流量標(biāo)準(zhǔn)提供了理論計(jì)算依據(jù)。

2) 理論計(jì)算結(jié)果表明，根據(jù)所建模型計(jì)算所得的供氧流量與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致。

3) 試驗(yàn)結(jié)果表明，在通氣量為15 L/min和20 L/min，座艙高度12 km及其以下，各測(cè)試點(diǎn)氧分壓滿(mǎn)足供氧生理要求。