Проектирование системы кислородного питания пассажиров ближнемагистрального самолёта.

• Малое время активации: Время с момента активации до начала выработки кислорода должно быть минимальным (обычно до 5 секунд).4. Компактность и вес• Массо-габаритные характеристики: Генератор должен быть компактным и легким, чтобы минимально влиять на взлетную массу и габариты воздушного судна.• Удобство расположения: Возможность размещения генераторов в креслах, под потолочными панелями или в других компактных пространствах.5. Поддержка эксплуатационных условий• Температурный диапазон работы: Генератор должен эффективно работать в широком диапазоне температур, характерных для высотных полетов и наземного обслуживания.• Влагостойкость: Стабильная работа в условиях высокой влажности и конденсата.6. Соответствие нормативам и стандартам• Генераторы должны соответствовать международным стандартам и нормам безопасности.7. Обслуживание и проверка• Легкость в обслуживании: Генераторы должны быть легко доступными для планового технического обслуживания и проверки.• Автоматизированные системы диагностики: Возможность интеграции с бортовыми системами диагностики для постоянного мониторинга состояния.8. Экологическая безопасность• Минимизация отходов: Утилизация использованных химических генераторов должна быть безопасной для окружающей среды.• Биосовместимость: Вещества, используемые при выработке кислорода, должны быть минимально вредными для экосистемы.3.2. Расчет основных конструктивных и функциональных параметров химического генератора кислородаСтруктурнаясхемасистемыкислородногопитания с непрерывнойподачейкислородаимеетвид, показанныйнарис. 4:Рис. 4. Структурнаясхема КС с непрерывнойподачейкислорода: гдеИК – источниккислорода (КБ, СКГ или ХИК); КР — кислородныйредуктор;РНП — регуляторнепрерывнойподачи; КМ — кислороднаямаска.Количествоподаваемогокислорода к дыхательнымпутямчеловекаувеличивается с высотой. Максимальнаявеличинаподачикислородаобычносоответствуетлегочнойвентиляциипорядка 20 л/мин.Редуктор(рис. 5) служитдляпонижения и поддержаниянеобходимогодавлениякислородапередрегуляторомподачи. Регуляторнепрерывнойподачикислородаобеспечиваетпотребныйрасходчистогокислорода, необходимыйдлядыхания в зависимостиотвысоты. Кислороднаямаскапредназначаетсядляподачикислорода к дыхательнымпутям.Рис. 5. Структурные схемы РНП для одного и нескольких человек.Рассмотрим конкретный пример.Система подачи кислорода в самолете SJ-100 включает химические генераторы кислорода, которые обеспечивают необходимое количество кислорода пассажирам и экипажу в случае разгерметизации салона. Назначение данного анализа – произвести расчет основных конструктивных и функциональных параметров химических генераторов кислорода.Основные исходные данные:1. Количество пассажиров: До 103 (в базовой конфигурации), берем среднее 982. Время подачи кислорода: Минимум 15 минут (с учетом форс-мажорных ситуаций, по изначальному рассчету 11)3. Потребление кислорода на человека: Около 0,5 литра кислорода в минутуПараметры генераторов:1. Время работы генератора: 15 минут2. Потребление кислорода на одного пассажира: 0,5 литров в минуту3. Количество пассажиров на один генератор: Типичные генераторы рассчитаны на 3-4 пассажировРассчитаем количество кислорода, необходимого на один генераторДля начала рассчитаем объем кислорода, необходимого для обеспечения одного пассажира за 15 минут:V= P * T где:- P – потребление кислорода на одного пассажира в минуту = 0,5 литров/мин.- T – время работы генератора = 15 минут.V= 0,5*15= 7,5литровДалее рассчитаем объем кислорода на 4 пассажиров (максимальная рассчитанная нагрузка одного генератора):V= V*4V= 7,5* 4 = 30литровМасса химического реактиваДля расчета массы химического реагента, используемого в генераторе, примем типичный состав (например, перхлората натрия, (NaClO3). В химических генераторах перхлорат натрия деполимеризуется, выделяя кислород:Мольная масса перхлората натрия = 106,5г/моль1 моль перхлората натрия выделяет 0,5 моль кислорода.1 моль кислорода = 22,4 литров (при нормальных условиях, 0°C и 1 атмосфера), следовательно, 0.5 моль = 11.2 литров кислорода.Следовательно, 30 литров кислорода потребуют2,68моль.Исходя из реакции, на 1 моль кислорода требуется 2 * 2,68 = 5.36моль.Вычислим массу этого количества перхлората натрия:5.36 * 106,5= 570.86Теплоотвод:Химическая реакция разложения перхлората натрия сопровождается выделением большого количества тепла. Чтобы генератор не перегрелся, необходима эффективная система теплоотвода:- Типичный материал корпуса: Металлический сплав с высокой теплопроводностью и огнестойкостью (например, алюминиевый сплав).- Температурный контроль: Система теплового рассеивания, включающая ребра охлаждения.Конструктивные особенности:1. Корпус- Материал: Алюминиевый сплав- Диаметр: 10-15 см (в зависимости от производителя)- Высота: 20-25 см- Вес: 2-3 кг (включая массу химического реагента, закладного материала, охладителя и уплотнителей.)2. Механизм активации: - Электрический или механический спусковой механизм- Ручной резервный запуск3. Система Рассеивания Тепла- Ребра для отвода тепла- Вентиляционные отверстия, если позволяет конструкцияОсновные конструктивные и функциональные параметры химического генератора кислорода для самолета SJ-100:- Объем подаваемого кислорода: 30 литров- Потребление на человека: 0.5 литров/мин на 15 минут = 7.5 литров- Количество пассажиров на генератор: До 4 пассажиров- Масса перхлората натрия: Приблизительно 571 грамм- Габариты и масса генератора: Диаметр 10-15 см, высота 20-25 см, вес 2-3 кг- Материал корпуса: Алюминиевый сплав с системой теплоотводаЭти расчеты и параметры обеспечивают выполнение генератором своей основной функции - безопасное и эффективное выделение кислорода, необходимое для пассажиров и экипажа самолета SJ-100 в случае аварийной разгерметизации.3.3.Разработка конструкции химического генератора кислородаПроведем анализ требований:- Оценка потребностей в кислороде для всех пассажиров и экипажа: учитывается максимальная численность 105 человек (включая экипаж).- Подсчет необходимого объема кислорода, исходя из медицинских норм потребления кислорода в экстренной ситуации (обычно около 7,5 на человека).- Вычисление суммарного объема кислорода: 7,5л * 105 человек * 20 минут = 11800 литров кислорода.Перейдем к проектированию генератора.Выбор химического вещества: наиболее часто используемое химическое вещество для генераторов кислорода хлорат натрия (NaClO3) – расчет потребления выше.Рассмотрим конструкцию генератора (Приложение 2): - Корпус: изготовленный из жаропрочного и негорючего материала, такого как нержавеющая сталь с внешним изоляционным слоем для предотвращения перегрева и обеспечения взрывобезопасности. - Химический сердечник: цилиндр с химическим веществом в прессованном виде, стабилизированный при стандартных условиях хранения. - Система активации: с пиротехническим инициатором, обеспечивающим надежное и мгновенное срабатывание. - Система распределения кислорода: включающая клапаны и магистрали для подачи кислорода к маскам, расположенным над каждым пассажирским местом и рабочими местами экипажа.Рассмотримрасположение и установку (Приложение 1)- Распределение по салону: генераторы размещены в потолочных панелях салона и кабин экипажа для удобства доступа и уменьшения длины магистралей.- Маски и трубки: подача кислорода производится по гибким трубкам к опускающимся маскам, интегрированным в потолочные панели.Для разрабатываемой системы требуються также проверка тепловой защита и безопасности (слой термоизоляции вокруг корпуса генератора для предотвращения перегрева; инженерные меры для отвода тепла, включая воздуховоды и радиаторы).Необходимо проводить интеграция с бортовыми системами, т.е. подключение генераторов к центральной системе управления и мониторинга самолета для своевременного оповещения о состоянии и активации устройств.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ рамках курсового проекта на тему "Проектирование системы кислородного питания пассажиров ближнемагистрального самолёта" были решены задачи по разработке системы кислородного питания, предназначенной для обеспечения безопасности пассажиров и экипажа в случае аварийной разгерметизации салона. Проект выполнен с учетом междисциплинарных требований, включающих аспекты проектирования систем энергооборудования, а также защиты от обледенения и пожара.Основные результаты проекта:• Обеспечены параметры и условия системы кислородного питания с учетом максимального эшелона полета (12 500 м).• Предусмотрено обеспечение кислородом экипажа из 2 человек и пассажиров в количестве от 87 до 103 человек.• Обоснован выбор химических генераторов кислорода как наиболее эффективных для ближнемагистральных самолетов.• Выполнен расчет потребности в кислороде: 0.5 литров/мин на человека на 15 минут.• Произведен расчет количества кислорода на один генератор, рассчитанный на 30 литров, обеспечивающего подачу для 4 пассажиров.• Спроектированы химические генераторы кислорода с учетом массы перхлората натрия около 571 грамм и габаритов корпуса: диаметр 10-15 см, высота 20-25 см, вес 2-3 кг.• Рассчитано время безопасного снижения самолета с высоты 12 500 м до 3 048 м, составляющее около 11 минут, что соответствует времени работы генераторов кислорода (15 минут).Проект по разработке системы кислородного питания пассажиров для ближнемагистрального самолета учитывает современные требования к безопасности полетов и соответствует нормам авиационных правил. Оснащение воздушного судна химическими генераторами кислорода гарантирует надежность и эффективность в аварийных ситуациях. Интеграция решений по энергооборудованию и пожарной защите позволяет достичь высокой надежности и гарантировать безопасность пассажиров и экипажа.Проект продемонстрировал важность междисциплинарного подхода, включающего инженерные расчеты, выбор материалов и технологий, а также соблюдение международных стандартов авиационной безопасности. Усвоенные знания и примененные методики могут быть полезны для дальнейших разработок и улучшений в области авиастроения и проектирования критически важных систем безопасности.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫАкопов М.Г. «Методические указания к курсовому проектированию индивидуальных систем обеспечения жизнедеятельности», МАИ, 1990 г.Акопов М.Г. «Проектирование систем индивидуального жизнеобеспечения», МАИ, 2015 г.Бадягин, А. А. Проектированиесамолетов / А. А. Бадягин. – М. :Машиностроение, 2002. – 516Бочкарев, А. Ф. Аэромеханикасамолета / А. Ф. Бочкарев. – М. :Машиностроение, 1985. – 128 с.Бюшгенс, Г. С. Аэродинамика и динамикамагистральныхсамолетов / Г. С. Бюшгенс, Г. А. Павловец, В. Д. Боксер. – Москва-Пекин : ЦАГИ, 1995. – 220 с.Горощенко, Б. Т. Эскизноепроектированиесамолета / Б. Т. Горощенко, А. А. Дьяченко, Н. Н. Фадеев. – М. : Машиностроение,1970. – 332 с.Гридчин, В. С. Эскизноепроектированиесамолетов :учебноепособие / В. С. Гридчин. – М. :Изд-во МАИ, 2007. – 46 с.Малоземов В.В., Рожков В.Ф., Правецкий В.Н. “Системы изнеобеспечения экипажей ЛА”Методические указания по преддипломной практике и дипломному проектированию для студентов направления (специальности) 24.05.07 “Самолето- и вертолетостроение”, специализация “Системы жизнеобеспечения и оборудование ЛА”.Припадчев, А.Д. Исследованиевлиянияинерционно–массовых и аэродинамическиххарактеристиквоздушногосуднанавзлетнуюмассу. Свидетельство о государственнойрегистрациипрограммыдля ЭВМ № 2010616202. Зарегистрировано в Реестрепрограммдля ЭВМ 20 сентября2010 г. / А.Д. Припадчев. – М.: Федеральнаяслужбапоинтеллектуальнойсобственности, патентам и товарнымзнакам, 2010. – 1 с.Припадчев, А.Д. Программадлярасчетаотносительноймассытопливавоздушныхсудов. Свидетельство о государственнойрегистрациипрограммыдля ЭВМ № 2010613831. Зарегистрировано в Реестрепрограммдля ЭВМ 10 июня 2010 г. / А.Д. Припадчев. – М.: Федеральнаяслужбапоинтеллектуальнойсобственности, патентам и товарнымзнакам, 2010. – 1 сПроектированиесамолетов :учебникдлявузов / С. М. Егер [и др.]; подред. С. М. Егера; науч. предисловие А. М. Матвеенко, М. А. Погосяна, Ю. М. Шустрова. – 4-е изд. – М. :Логос, 2005. – 648 с. – ISBN 5-98704-022-1.Самойлович, О. С. Формированиеобластисуществованиясамолета в пространствеобобщенныхпроектныхпараметров / О. С. Самойлович. – М. :Изд-во МАИ, 1994. – 138 с.