Система жизнеобеспечения для летательных аппаратов
Изобретение относится к системе жизнеобеспечения для летательного аппарата и к способу функционирования этой системы жизнеобеспечения. Система жизнеобеспечения для летательного аппарата включает в себя первое устройство для обеспечения ограниченного снабжения первым вырабатываемым газом, являющимся чистым кислородом или газом, обогащенным кислородом, устройства подачи дыхательного газа, а также второе устройство, имеющее возможность функционирования для длительного снабжения устройства подачи дыхательного газа вторым вырабатываемым газом, являющимся газом, обогащенным кислородом. При этом второй вырабатываемый газ содержит пониженную по своему значению концентрацию кислорода по сравнению с концентрацией кислорода в первом вырабатываемом газе. Второй вырабатываемый газ подается при давлении, которое по своему значению выше, чем давление, при котором подается первый вырабатываемый газ в устройство подачи дыхательного газа. Изобретение позволяет обеспечить надежное и длительное по времени снабжение газом, обогащенным кислородом, для того, чтобы позволить летательному аппарату осуществлять полет в случае разгерметизации кабины при повышенных сохраняемых высотах полета. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Это изобретение относится к системе жизнеобеспечения для летательного аппарата и к способу функционирования этой системы жизнеобеспечения.
Летательный аппарат, осуществляющий полет на больших высотах, где внешняя атмосферная среда не обеспечивает парциальным давлением кислорода, достаточным для поддержания жизни, должен снабжаться средствами для обеспечения экипажа и пассажиров дыхательным газом, поддерживающим жизнь. В коммерческом летательном аппарате это достигается наличием находящихся под избыточным давлением кабины экипажа или салона для пассажиров таким образом, что не требуется местной подачи кислорода к каждому пассажиру и члену экипажа, например, посредством дыхательной маски. Аварийная подача кислорода имеется в распоряжении для использования в том случае, если вообще существует такая потребность или увеличенная потребность в кислороде или в газе, обогащенном кислородом, например, в том случае, если кабина становится разгерметизированной.
Такое аварийное снабжение кислородом заранее предусматривается из контейнеров для хранения сжатого газа и/или посредством химической реакции, и кислород подается пассажирам и экипажу с помощью индивидуальных дыхательных масок. Аварийное снабжение кислородом может поддерживаться в течение времени, достаточного для того, чтобы позволить пилоту снизить летательный аппарат до поддерживаемой высоты полета, при которой экипаж и пассажиры могут вновь дышать атмосферными газами.
Например, в опубликованной Международной заявке WO 02/04076 предложено следующее: кислород или газ, обогащенный кислородом, предназначенные для аварийного снабжения кислородом, могут вырабатываться бортовой системой для получения кислорода, которая способна длительно по времени снабжать газом, обогащенным кислородом. Устройство для снабжения кислородом предпочтительно представляет собой слой типа молекулярного сита, который работает за счет адсорбции газа, не имеющего кислород, из потока подачи сжатого газа, например, из потока воздуха, создаваемого продувкой от компрессора двигателя и подаваемого в этот слой, выполненный из материала, такого как цеолит. Газ, выходящий из слоя, является обогащенным кислородом при возможной концентрации кислорода, доходящей вплоть до 95% при соответствующих рабочих условиях. Должны использоваться два слоя молекулярного сита или их большее количество с целью обеспечения длительного по времени снабжения газом, обогащенным кислородом, причем в то время как один или большее количество слоев используют для прохода через них газа, обогащенного кислородом, другой слой или другие слои должны очищаться от газа, не содержащего кислород, посредством сообщения их с атмосферой низкого давления. С помощью такого альтернативного использования слоев может сохраняться продолжительное по времени снабжение газом, обогащенным кислородом.
Вообще конструкция и функционирование устройств или генераторов для снабжения кислородом типа слоев молекулярного сита, известных как системы MSOGS, хорошо известны, и подробное описание таких систем MSOGS здесь не считается необходимым для понимания сущности настоящего изобретения. Однако имеются другие типы устройств для снабжения газом, обогащенным кислородом, при длительном функционировании по времени, например, существуют устройства типа газопроницаемых мембран или устройства керамического типа.
В публикации Международной заявки WO 02/04076 также описывается способ использования снабжающих кислородом основного и вспомогательного устройств типа молекулярных слоев для подачи вырабатываемого газа в виде чистого кислорода или газа, обогащенного кислородом, к устройству для снабжения дыхательным газом таким образом, что в аварийном случае, например, при разгерметизации кабины, к вырабатываемому газу возможен доступ для дыхания на самой ранней стадии по времени, позволяя пилоту летательного аппарата безопасно уменьшать высоту полета до той, при которой летательный аппарат может продолжать полет в то время, как находящиеся в нем люди, продолжают дышать вырабатываемым газом.
Малое снабжение кислородом, например, в контейнерах, находящихся под давлением, может быть все еще необходимым для обеспечения дыхательным газом непосредственно при декомпрессии до тех пор, пока подключено устройство снабжения кислородом системы MSOGS. В любом случае, как только оперативно подключается устройство системы MSOGS, летательный аппарат продолжает лететь при сохраняемой высоте, вероятно, равной около 20000 футам (6010 м), в то время как пассажиры снабжаются дыхательным газом от устройства для снабжения кислородом системы MSOGS, причем высота полета является намного большей по своей величине, чем та высота полета, до которой летательный аппарат может снижаться, если не имеется в наличии устройства снабжения, способного работать длительное время.
Однако остается случай, при котором большинство коммерческих летательных аппаратов имеет аварийное снабжение кислородом, которое предназначено для работы с помощью хранимого запаса сжатого чистого или по существу чистого кислорода, подаваемого только в течение отрезка времени, необходимого для того, чтобы снизить летательный аппарат до относительно небольшой безопасной сохраняемой высоты полета.
Было бы желательным условием, при котором длительно работающую систему получения кислорода, например, систему MSOGS, можно было подключать к обычной системе аварийного снабжения кислородом без потребности в каких-либо существенных видоизменениях существующей аварийной кислородной системы с целью получения модификации летательного аппарата для того, чтобы обеспечить возможность его полета при увеличенных сохраняемых высотах в аварийных условиях полета.
Однако это повлечет за собой обеспечение дополнительной системой MSOGS повышенной производительности для снабжения достаточным количеством газа, обогащенного кислородом, при концентрации кислорода, сравнимой по своей величине с той концентрацией кислорода, которая обеспечивается с помощью контейнеров хранения под давлением. Такая система MSOGS с большой производительностью может быть тяжелой и громоздкой, что нежелательно для летательного аппарата. Хотя система MSOGS способна снабжать газом, обогащенным кислородом, при концентрации кислорода, доходящей до 95%; весьма крупная система MSOGS необходима для достижения этого показателя при количестве дыхательного газа, требующегося на воздушном летательном аппарате, транспортирующем большое количество пассажиров и многочисленный экипаж. Такая система в совокупности является нежелательно тяжелой и громоздкой, или иначе необходимо наличие множества систем MSOGS с уменьшенной производительностью, которые вместе опять же могут быть нежелательно тяжелыми и громоздкими.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предусматривается система жизнеобеспечения для летательного аппарата, включающая в себя первое устройство снабжения кислородом, имеющее возможность функционирования для обеспечения ограниченной подачи первого вырабатываемого газа, являющегося чистым кислородом или газом, обогащенным кислородом, для устройства подачи дыхательного газа, и второе устройство снабжения кислородом, имеющее возможность функционирования для длительного снабжения устройства подачи дыхательного газа вторым вырабатываемым газом, являющимся газом, обогащенным кислородом и содержащим пониженную концентрацию кислорода по сравнению с концентрацией кислорода в первом вырабатываемом газе, при этом второй вырабатываемый газ подается при давлении, которое по своему значению выше, чем давление, при котором подается к устройству подачи дыхательного газа первый вырабатываемый газ.
Первое устройство для снабжения кислородом, предпочтительно, включает в себя один или большее количество контейнеров, хранящих первый выработанный газ, или это устройство обеспечивает первым вырабатываемым газом, позволяя за счет реагирования между собой химических реагентов, тогда как второе устройство для снабжения кислородом, предпочтительно, включает себя устройство подачи кислорода типа молекулярного сита.
Настоящее изобретение основано на концепции, заключающейся в том, что рабочие характеристики системы MSOGS могут быть оптимизированы в отношении ее массы, громоздкости и т.д., если она работает таким образом, чтобы снабжать вырабатываемым газом, обогащенным кислородом, при степени обогащения кислородом, меньшей, чем та, которая может быть вообще достигнута. Посредством обеспечения подачи такого вырабатываемого газа при уменьшенной концентрации кислорода к устройству подачи дыхательного газа при повышенном давлении по сравнению с тем, которое может использоваться для подачи вырабатываемого газа с более высокой степенью обогащения, может сохраняться эффективность поддержания жизнедеятельности людей, находящихся в летательном аппарате, путем адекватной подачи дыхательного газа. Другими словами, подачей второго вырабатываемого газа к устройству подачи дыхательного газа при пониженной концентрации кислорода, но при повышенном давлении, обеспечивается использование уменьшенной по габаритным размерам и более легкой системы MSOGS.
Устройство подачи дыхательного газа обычно включает себя одну или большее количество линий снабжения дыхательным газом, ведущих к индивидуальным дыхательным маскам. Каждая дыхательная маска может быть подключена к линии снабжения посредством дроссельной шайбы, которая эффективно регулирует долю массы кислорода, достигающего маски. Если давление в линии снабжения увеличивается, интенсивность притекания к маске через дроссельную шайбу возрастает таким образом, что у маски может достигаться одна и та же или, по существу, одна и та же массовая доля кислорода по сравнению с той, которая имеется в том случае, когда газ в линии снабжения находится при уменьшенном давлении, но при более высокой по своему значению концентрации кислорода.
Таким образом, изобретение позволяет приспосабливать обычную аварийную подачу кислорода в коммерческом летательном аппарате так, чтобы обеспечивать надежное и длительное по времени снабжение газом, обогащенным кислородом, для того, чтобы позволять летательному аппарату осуществлять полет в случае разгерметизации кабины при повышенных сохраняемых высотах полета. Для реализации изобретения второе устройство для снабжения кислородом, предпочтительно, в виде системы MSOGS, подключается к линии (линиям) подачи дыхательного газа к дыхательным маскам, одновременно гарантируя, что второе устройство для снабжения кислородом снабжает вторым вырабатываемым газом при повышенном давлении по сравнению с тем давлением, при котором линия (линии) подачи дыхательного газа снабжается(снабжаются) первым вырабатываемым газом от первого устройства для обеспечения кислородом (а именно: от контейнеров с кислородом под давлением или с помощью возможной химической реакции в устройстве генератора (генераторов)).
Изобретением предусматривается также наличие способа функционирования системы жизнеобеспечения для летательного аппарата, включающего в себя работу первого устройства для снабжения кислородом с целью обеспечения ограниченной подачи первого вырабатываемого газа, являющегося чистым кислородом или газом, обогащенным кислородом, к устройству подачи дыхательного газа, и работу второго устройства для снабжения кислородом с целью длительного снабжения устройства подачи дыхательного газа вторым вырабатываемым газом, являющимся газом, обогащенным кислородом и содержащим пониженную по своему значению концентрацию кислорода по сравнению с концентрацией кислорода в первом вырабатываемом газе, при этом второе устройство для снабжения кислородом работает с целью подачи второго вырабатываемого газа при давлении, которое по своему значению выше, чем то давление, при котором подается к устройству подачи дыхательного газа первый вырабатываемый газ.
Предпочтительно, в случае аварийной потребности в работе системы жизнеобеспечения сначала первым работает первое устройство для снабжения кислородом при последующей работе второго устройства для снабжения кислородом, причем второе устройство для снабжения кислородом продолжает работать, когда заканчивается подача первого вырабатываемого газа.
Согласно третьему аспекту изобретения предусматривается летательный аппарат, в котором установлена система жизнеобеспечения, выполненная в соответствии с первым аспектом изобретения.
Примеры реализации изобретения теперь будут описаны со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
- фиг.1 схематически показывает устройство снабжения газом, выполненное в соответствии с изобретением;
- фиг.2 показывает летательный аппарат, в котором установлено устройство, изображенное на чертеже фиг.1.
Со ссылкой на фиг.1 можно видеть, что первое устройство А для снабжения кислородом включает в себя один или большее количество контейнеров 10 для хранения под избыточным давлением первого выработанного газа, который может являться чистым или приблизительно чистым кислородом. Это первое устройство А для снабжения кислородом поставляет первый выработанный газ с помощью клапана 11 для регулирования потока в одной или большем количестве линий снабжения дыхательным газом, одна из которых обозначена позицией 12. Множество масок 13 для дыхания получают газ от одной или от каждой линии 12 снабжения с помощью соответствующих дроссельных шайб 14, которые регулируют расход в потоке, подаваемом к маскам 13, таким образом, что когда они используются, у масок 13 поддерживается концентрация кислорода, пригодная для осуществления жизнеобеспечениия. Размеры дроссельных шайб 14 выбираются таким образом, чтобы у масок 13 поддерживалась бы требуемая концентрация кислорода, которая соответствует давлению, поддерживаемому в линии 12.
В том случае, когда происходит внезапная потеря давления в кабине летательного аппарата, маски 13 развертываются, и из них подается кислород. Обычно количество кислорода, хранящегося в контейнере или в контейнерах 10, является достаточным для того, чтобы сохранять его подачу к маскам 13 в течение времени, которое требуется пилоту летательного аппарата для того, чтобы снизить высоту полета до той ее удерживаемой величины, при которой пассажиры и экипаж могут продолжать осуществлять дыхание в окружающей их среде до тех пор, пока пилот не сможет осуществить посадку летательного аппарата. Таким образом, снабжение, обеспечиваемое с помощью контейнера или контейнеров 10, ограничено, и оно предварительно лимитируется до той его величины, которая может потребоваться для того, чтобы позволить пилоту уменьшать высоту полета от той, которая существует при крейсерском полете, до той поддерживаемой ее величины, которая обычно имеет значение ниже 10000 футов (3050 м).
В соответствии с изобретением предусмотрено второе устройство В для снабжения кислородом, являющееся, предпочтительно, системой 15 для получения кислорода с использованием молекулярного сита (MSOGS), в которую подается сжатый газ (воздух) на участке 16 от компрессора двигателя (см. двигатель Е на фиг.2). В то время как теоретически система 15 (MSOGS) способна на своем выходе 17 посредством газа, обогащенного кислородом и содержащего, приблизительно, до 95% кислорода, снабжать кислородом, система MSOGS, согласно настоящему изобретению, имеющая рационально выбранные габаритные размеры и массу для ее установки на коммерческом летательном аппарате, может размещаться и функционировать так, чтобы подавать вырабатываемый газ, имеющий концентрацию кислорода, примерно, равную 80%. С помощью клапана 18 этот второй вырабатываемый газ подается в линию 12 снабжения через Т-образный патрубок 19, и этот газ поступает при давлении, которое по своему значению выше, чем то, при котором газ подается в линию 12 снабжения от контейнера или контейнеров 10 первого устройства А для снабжения кислородом. Клапан 18 может быть простым клапаном "включения" и "выключения", регулируемым управляющим устройством, и таким, который открывается в том случае, когда второе устройство В для снабжения кислородом подлежит подключению к потоку, например, после первоначального периода прогревания.
При этих условиях газ с увеличенным расходом потока подается к маскам 13 через дроссельные шайбы 14, в результате чего, хотя газ в линии 12 снабжения содержит кислород при пониженной концентрации по сравнению с концентрацией в первом вырабатываемом газе, подаваемом к маскам 13 первым устройством А для снабжения кислородом, подача кислорода к маскам 13 может быть такой же эффективной или приблизительно такой же, как в случае снабжения первым вырабатываемым газом, когда он подается к маскам 13.
Поскольку система MSOGS 15 способна обеспечивать длительную по времени подачу вырабатываемого газа, обогащенного кислородом, а использование масок 13 может быть продолжено неограниченно по времени лицами, находящимися в летательном аппарате, в результате чего летательный аппарат может продолжать полет при поддерживаемых высотах, превышающих ту величину, при которой летательный аппарат может лететь в том случае, если использование масок 13 должно прекращаться в том случае, когда подача кислорода от первого устройства А для снабжения кислородом прерывается. В то же время, выбор габаритных размеров и массы одной или большего количества систем MSOGS 15, одна или каждая из которых может работать для того, чтобы подавать вырабатываемый газ при концентрации, например, равной 80%, т.е. меньшей, чем теоретически максимально достижимая концентрация кислорода в вырабатываемом газе, означает, что может быть достигнута оптимизация габаритных размеров системы MSOGS.
Обращаясь к фиг.2, можно видеть, что устройство для подачи газа, изображенное на фиг.1, установлено на летательном аппарате R, и подача дыхательного газа к пассажирам Р и экипажу С осуществляется посредством использования масок 13.
На практике для предотвращения обратного к контейнерам 10 через клапан 11 регулирования расхода второго вырабатываемого газа с повышенным давлением может потребоваться невозвратный клапан, но это может не потребоваться в любом случае, когда осуществляется модификация существующей системы для подачи газа. Альтернативно или дополнительно клапан регулирования расхода в потоке может быть переключаемым в положение "выключено" для отключения контейнеров 10, когда функционирует второе устройство В для снабжения кислородом.
Конечно, хотя изобретение может быть использовано путем адаптации существующей системы подачи газа, оно может также реализоваться и при установке новой дыхательной воздушной системы на старом или новом летательном аппарате.
Признаки изобретения, раскрытые в вышеизложенном описании или в последующей формуле изобретения, или сопроводительных чертежах, выраженные в их конкретных формах или терминах обозначений для выполнения раскрытой функции, либо в способе или процессе для достижения раскрытого результата, по обстановке отдельно или в своем сочетании могут быть использованы для реализации изобретения при других формах его воплощения.
1. Система жизнеобеспечения для летательного аппарата, включающая в себя первое устройство снабжения кислородом, имеющее возможность функционирования для обеспечения ограниченной подачи первого вырабатываемого газа, являющегося чистым кислородом или газом, обогащенным кислородом, к устройству подачи дыхательного газа, и второе устройство снабжения кислородом, имеющее возможность функционирования для длительного снабжения устройства подачи дыхательного газа вторым вырабатываемым газом, являющимся газом, обогащенным кислородом и содержащим пониженную концентрацию кислорода по сравнению с концентрацией кислорода в первом вырабатываемом газе, при этом второй вырабатываемый газ подается при давлении, которое выше, чем давление, при котором подается к устройству подачи дыхательного газа первый вырабатываемый газ.
2. Система жизнеобеспечения по п.1, в которой первое устройство снабжения кислородом включает в себя один или большее количество контейнеров, хранящих первый вырабатываемый газ.
3. Система жизнеобеспечения по п.1, в которой первое устройство снабжения кислородом обеспечивает снабжение первым вырабатываемым газом за счет реагирования между собой химических реагентов.
4. Система жизнеобеспечения по п.1, в которой второе устройство снабжения кислородом является устройством по типу молекулярного сита.
5. Система жизнеобеспечения по любому из предыдущих пунктов, в которой устройство подачи дыхательного газа включает в себя, по меньшей мере, одну линию снабжения дыхательным газом, ведущую, по меньшей мере, к одной дыхательной маске с помощью соответствующей дроссельной шайбы.
6. Способ функционирования системы жизнеобеспечения для летательного аппарата, включающий в себя работу первого устройства снабжения кислородом с целью обеспечения ограниченной подачи первого вырабатываемого газа, являющегося чистым кислородом или газом, обогащенным кислородом, к устройству подачи дыхательного газа, и работу второго устройства снабжения кислородом с целью длительного снабжения устройства подачи дыхательного газа вторым вырабатываемым газом, являющимся газом, обогащенным кислородом и содержащим пониженную концентрацию кислорода по сравнению с концентрацией кислорода в первом вырабатываемом газе, при этом второе устройство снабжения кислородом работает с целью подачи второго вырабатываемого газа при давлении, которое выше, чем давление, при котором подается к устройству подачи дыхательного газа первый вырабатываемый газ.
7. Способ по п.6, при котором в случае аварийной потребности в работе системы жизнеобеспечения первым начинает работать первое устройство снабжения кислородом при последующей работе второго устройства снабжения кислородом.
8. Способ по п.6 или 7, при котором второе устройство снабжения кислородом продолжает работать, когда заканчивается подача первого вырабатываемого газа.
9. Летательный аппарат, имеющий установленную на нем систему жизнеобеспечения, выполненную в соответствии с любым из пп.1-5.
