5. Принципы построения систем кислородного питания.

Системы кислородного питания (СКП) должны обеспечивать:

• требуемое процентное содержание кислорода во вдыхаемой смеси;

• создание необходимой величины парциального давления кислорода в зависимости от высоты полета;

• поддержание легочной вентиляции О₂ в зависимости от физической нагрузки;

• допустимую величину сопротивления дыханию.

Обеспечение требуемого процентного содержания кислорода во вдыхаемой смеси.

Процентное содержание кислорода во вдыхаемой смеси рассчитывается из условия обеспечения такой величины парциального давления кислорода Ро₂, которая соответствовала бы дыханию в наземных условиях:

Рис 4. График потребного содержания кислорода

На рис. 4 показан график потребного содержания кислорода (зависимость 1) во вдыхаемой смеси в зависимости от высоты полета; при этом процентное содержание кислорода (ссо₂) увеличивается с ростом высоты. С высоты 10 км, а в реальных системах для надежного обеспечения подачи кислорода с высоты 8 км (зависимость 2), на дыхание подается только чистый кислород. Из формулы: 150 = 100*(Рн-47)/100, находим значение Рн = 197 мм.рт.ст., что соответствует высоте 10 км.

Создание необходимой величины парциального давления кислорода в зависимости от высоты полета.

Рис 5. Парциальное давление кислорода во вдыхаемой смеси.

Парциальное давление кислорода во вдыхаемой смеси, при изменении высоты полета, изменяется по графику, представленному на рис.5.

До высоты 10 км Ро₂ поддерживается на уровне 150 мм рт.ст. за счет обогащения вдыхаемого воздуха кислородом. До 2 км Ро₂ снижается со 150 мм рт.ст. до 115,93 мм рт.ст., а с 2-х км быстро восстанавливается до 150 мм рт.ст., т.к. в работу вступает система кислородного питания. С высоты Н=10 км до Н=12 км Ро₂ уменьшается, несмотря на то, что на дыхание подается чистый кислород. На Н=12 км парциальное давление кислорода будет составлять 98 мм рт.ст. Эта величина является нижней границей нормального дыхания. На высоте более 12 км полеты, даже при дыхании чистым кислородом , возможны только в герметических кабинах (скафандрах), внутри которых поддерживается избыточное давление по сравнению с давлением окружающей среды.

При разгерметизации кабины на высоте более 12 км парциальное давление кислорода на уровне 98 мм рт.ст. поддерживается за счет создания избыточного давления кислорода непосредственно в легких. На Н>12 км формула, по которой рассчитывается требуемая величина Рое, имеет вид:

где Рн - давление атмосферы на высоте полета;

47 - парциальное давление водяных паров в трахее человека (Рн₂о);

∆Ро₂ - избыточное давление кислорода в легких.

Следовательно:

Так, например: на Н=12 км Рн=145 мм.рт.ст., следовательно ∆Ро₂ = 0. При

Таким образом, для поддержания Ро₂=98 мм рт.ст. на Н>12 км необходимо увеличивать АРо₂ в легких. Создание избыточного давления кислорода в легких человека в зависимости от Н полета с помощью технических средств не представляет труда, но при этом отмечаются существенные нарушения в физиологии человека:

1. Если ∆Ро₂ = 25-40 мм.рт.ст., то наблюдается нарушение ритма дыхания.

2. При ∆Ро₂ = 40-75 мм.рт.ст. наблюдается застой крови в конечностях, в результате чего нарушается подача крови к жизненно важным органам.

3. Принаступает расстройство органов зрения и слуха.

Для устранения этих неблагоприятных явлений необходимо создавать внешнее давление на всю поверхность тела человека, равное по величине ∆Ро₂ (т.е. компенсировать избыточное давление О₂).

В настоящее время применяются два способа компенсации избыточного давления кислорода: механический и пневматический.

Механический - обжатие тела с помощью камер натяжного устройства высокого давления, вмонтированных в высотнокомпенсирующий костюм (ВКК).

Рис.6 Элемент схемы натяжного устройства высотно-компенсирующего костюма.

Принцип компенсации тела человека с помощью таких камер заключается в том, что при наличии давления в камере натяжного устройства пневмокамера увеличивается в объеме и натягивает основную оболочку костюма вследствие сближения точек а и б: в результате этого создается обжатие соответствующего участка тела человека. Существуют 12 типовых размеров ВКК на рост от 156 до 182 см.

Пневматический-с помощью высотных скафандров. Избыточное давление, создаваемое в скафандре, компенсирует давление всех участков тела, чего нельзя сделать с помощью ВКК. Недостатком скафандра является потеря летчиком подвижности, что неудобно при пилотировании самолета. При полете в гермошлемах и создании ∆Ро₂ в системе питания, обжатие головы летчика осуществляется пневматическим способом.

Поддержание легочной вентиляции О₂ в зависимости от физической нагрузки.

Поступление воздуха в легкие и его удаление из них обусловливаются механическими движениями грудной клетки, межреберных мышц и грудобрюшной диафрагмы. В обычных условиях человек делает 15-20 вдохов в минуту.

Объемный расход воздуха в единицу времени \Л/л принято называть легочной вентиляцией. Ориентировочные значения легочной вентиляции, частоты и глубины дыхания в зависимости от физической нагрузки человека приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Таким образом, поддержание легочной вентиляции Оа в зависимости от физической нагрузки осуществляется изменением частоты и амплитуды сокращений двигательных межреберных мышц.