飞机供氧原理与结构

飞机供氧原理与结构
摘要：12km以下高度供氧方式包括肺式供氧、等压呼吸、氧浓度随高度自动调节、安全余压和应急供氧；12km以上高度采用加压供氧。

氧气调节器是供氧系统的关键控制器，它可以随环境压力和飞行员呼吸的变化，按相应的高度进行不同的供氧方式，供给飞行员一定压力、流量和含氧浓度的混合气或纯氧。

关键词：高度供养原理结构
大气压力降低对人体生理影响的原因在于吸入气的氧分压降低，这是高空环境中影响工作效率、生命安全的重要因素，供氧设备的作用就是预防高空缺氧、低气压效应引起的不良生理反应，环境气压的变化决定着供氧设备的工作方式。

1 12km以下高度供氧原理
供氧设备功能：(1）高度2km以下飞行，飞行员呼吸座舱空气，减少氧气消耗，增加续航时间。

(2）高度在2～8km内，系统随着飞行高度变化自动调节吸入氧气浓度即含氧百分比，随着高度的不断增加，自动提高吸入气中的含氧百分比，8km时含氧浓度在90‰以上。

(3）高度在5～7km内，在供氧面罩内建立（0.13～0.44）kPa的安全余压，防止供氧面罩渗漏等因素造成缺氧。

(4）在正常供氧发生故障的时候，可以进行应急供氧。

因此12km以下高度的供氧方式包括肺式供氧、等压呼吸、氧浓度随高度自动调节、安全余压和应急供氧等
方式。

1.1 肺式供氧
肺式供氧是通过氧气调节器的肺式机构来完成。

肺式供氧机构主要由进氧活门、弹簧、杠杆和膜片等组成。

膜片的上腔与座舱相通，调节器内腔与面罩（头盔）相通。

当不吸气时，调节器内腔的气体压力与膜片上腔的压力（座舱压力）相等。

当吸气时，面罩的压力降低，内腔的氧气流入面罩，致内腔的压力下降，膜片在内外压差的作用下向下弯曲，使杠杆绕支点转动，压缩弹簧打开进氧活门，氧气通过进氧活门，一路流到示流器使唇片张开，表示调节器已供氧；另一路经喷嘴、混合腔到调节器内腔，使内腔压力不致继续降低。

呼气时，面罩内的呼气活门打开，吸气活门关闭，调节器内腔的氧气不再流入面罩，因而内腔的压力很快升高到与膜片上腔的压力相等，进氧活门在弹簧的作用下自动关闭，这时示流器唇片关闭，表示调节器处于不供氧状态。

由于呼吸不断交替，进氧活门便还时关时开，氧气时流时止，肺式供氧机构膜片两面压力的变化，从平衡到不平衡便形成了肺式供氧也称为断续供氧。

1.2 等压呼吸
面罩内压力等于座舱环境压力。

当飞行员吸气时，肺式机构内腔的压力减小，在座舱气压的作用下，膜片弯曲，通过杠杆将肺式进氧活门打开，氧气从减压器流入肺式机构内腔，使内腔压力逐渐增加，
当肺式调节内腔压力与座舱气体压力相等时，膜片回到原来中立位置进氧活门关闭，氧气停止流入，所以肺式机构就保证了供氧压力等于座舱压力，即进行了等压供氧。

1.3 氧浓度随高度自动调节
调节含氧百分比是通过利用空气自动器机构的真空膜盒控制空气活门的开度，当高度升高时，作用在真空膜盒上的气压减小，真空膜盒膨胀，空气活门的开度便逐渐减小，因此进入混合腔中的空气流量逐渐减小，混合气的含氧百分比就逐渐增大。

当高度增加到8～10km时，空气活门完全关闭，氧气调节器开始供纯氧。

氧浓度调节机构保证在各种肺通气量及高度等条件下，使含氧百分比在一定范围内随高度变化，引射器是通过空气自动进气调节装置与引射器协调工作来调节氧浓度的。

1.4 安全余压
供氧设备在5～12km高度供给飞行员吸用的氧气压力与座舱气压的差值叫安全余压，大约为（294～392）kPa。

安全余压的作用是防止供氧面罩与飞行员面部贴合不紧时吸入空气，降低了吸用气体的含氧百分比，还能减小吸气阻力。

安全余压机构是由真空膜盒、小膜片、安全余压机构的进氧活门弹簧组成；安全余压的大小是由辅助供氧机构控制的。

1.5 应急供氧
在供氧量不足，吸气阻力过大或肺式机构不能供氧等紧急情况下，飞行员可以打开应急供氧开关，经过减压器减压后的氧气从应急开关的锥形活门流出，一路到示流器，使示流器的唇片一直张开，另一路从混合腔进入调节器的内腔再进供氧面罩。

2 12km以上高度的供氧原理
在此高度范围采用加压供氧。

首先应当给代偿服装拉力管或胶囊充氧，在飞行员体外先造成机械压力，然后随高度升高逐渐增大供氧面罩内的氧气余压，进行连续增压供氧，还必须自动调节代偿服装拉力管或胶囊余压与供氧面罩余压，使两者保持一定比例关系，从而使代偿服装拉力管作用在飞行员身体外部的机械压力大体上等于供氧面罩内的余压。

在12km以上高度时氧气设备按照连续供氧、服装加压、呼吸加压、压力比控制等方式进行加压供氧。

(1）8km高度时，主空气自动器机构的真空膜盒已经将空气活门关闭，使调节器向氧气面罩输送纯氧。

在12km高度以上，氧气设备向飞行员连续供氧，此时示流器一直是张开的，呼吸时应根据余压表指针的摆动来判断调节器的工作情况。

余压表指示值越大，表明连续供氧的压力越高。

此时应根据余压表来判断氧气设备的工作状态。

在氧气设备进行加压供氧时，要先给飞行员的代偿服充压，使代偿服装在人体外部产生均匀的机械压力，防止人体内外的压力过大。

(2）呼吸道内的气体压力高于体外的空气压力，并且随高度升高而逐渐加大。

压力比控制就是自动调节代偿服装拉力管或胶囊余压与供氧面罩余压的比值。

飞行员的体表代偿压力是靠氧气给加压服拉力管充氧，使加压拉力管鼓起紧箍人体，从而在体外加上均匀的代偿压力的。

为了保持代偿服拉力管给飞行员体外造成的代偿压力，大体上等于飞行员肺内的气体压力，必须使加压拉力管或胶囊管中的余压大于供氧面罩余压，并且保持一定比例。

拉力管加压与供氧面罩余压保持一定的比例是由压力比调节器中压力比机构来完成的。

3 供氧系统的结构
供氧系统的一般组成分为：氧气源、氧气开关、氧气减压器、氧气示流器、氧气调节器、氧气断接器、压力比调节器、快速分离器、跳伞氧气调节器、代偿背心、氧气面罩、飞行保护头盔、抗荷裤。

4 结语
氧气调节器是供氧系统的关键控制核心，它可以随环境压力和使用者呼吸的变化，按不同供氧方式、不同高度的供氧要求，向氧气面罩供给一定压力、流量和含氧浓度的混合气或纯氧。

肺式机构和空气进气机构是氧气调节器中十分重要的组成部件，肺式机构能够根据使用者的呼吸频率和肺通气量大小自动供给氧气，而空气进气机构能够通过控制活门开度来调节空气流量，肺式机构和空气进气活门的性能
直接关系到氧气调节器以及整个供氧系统性能的好坏
参考文献
[1] 王浚，余建祖，庄达民，等.新兴的人机与环境工程技术科学[J].北京航空航天大学学报，2002（5）.。