Выбор способа хранения или генерирования кислорода на борту самолета

Наиболее широкое применение нашел способ хранения кислорода в газообразном состоянии в баллонах высокого давления. Его достоинства − простота, надежность и высокая эксплуатационная технологичность. Основной недостаток − большой массовый коэффициент (см. раздел 2.1).

Массовый коэффициент газификаторов значительно меньше (см. раздел 2.1). Их недостатки − потери кислорода из-за его постоянного испарения, большая сложность, меньшая надежность и эксплуатационная технологичность. Поэтому отдать предпочтение газификаторам имеет смысл только в том случае, когда выигрыш по массе превалирует над проигрышем по другим показателям (см. [6, с. 46]).

Химические источники кислорода (см. раздел 2.1) на основе хлоратов и перхлоратов нашли применение в аварийных кислородных системах пассажиров и в кислородных системах катапультных кресел. Наибольшей производительностью обладает перхлорат лития − 604 г/кг.

Преимущество бортовых кислорододобывающих установок (БКДУ) − меньшая масса при больших потребных запасах кислорода. Недостаток − малая высотность (до 8 км). Для применения БКДУ на больших высотах требуется установка кислородного баллона.

Выбор способа хранения или генерирования кислорода на борту самолета производится на основе сравнительного анализа альтернативных вариантов по всем показателям, характеризующим эффективность рассматриваемого способа.

Определение ёмкости баллонов

Давление в баллонах при расходе кислорода не должно быть меньше величины, обеспечивающей нормальное функционирование КДА. Это остаточное давление обеспечивается наличием в баллонах некоторого остаточного (не расходуемого) содержания кислорода.

Общий запас кислорода

Q_об = k_з(Q_пn_эк+Q_н) = Q_пр+Q_ост, (3.1)

где коэффициент запаса k_з для маневренных (лёгких) самолётов берут равным 1.25, для тяжёлых − с большой продолжительностью полёта – 1.15, n_эк – число членов экипажа, Q_пр – полезно расходуемый запас кислорода, Q_н − нерасходуемый запас кислорода, Q_ост – остаточный запас кислорода. По закону Бойля – Мариотта

Q_об=V_б р_б/р₀, Q_ост= V_б р_ост/р₀,

где V_б − требуемая вместимость баллонов, p_ост – остаточное давление в баллонах (определяется техническими характеристиками КДА), p₀ – наземное барометрическое давление в стандартной атмосфере, V_б – вместимость (водная ёмкость) кислородных баллонов.

Отсюда согласно (3.1)

Q_пр= V_б (р_б − р_ост)/р₀  V_б = Q_прр₀/(р_б − р_ост).

При высоких давлениях свойства реального газа отличаются от свойств идеального газа и для определения фактического запаса кислорода в баллонах высоких давлений (15...20 МПа) необходимо учитывать реальную плотность газа и её зависимость от температуры.

Действительный объём, приведенный к нормальным условиям (15 С, 760 мм рт. ст.) кислорода в баллонах ёмкостью V_б при давлении р_б и температуре кислорода в баллонах tC определяют по формуле

Q_об=(273 + 15)V_б р_б/((273+t) р₀k_сж),

где k_сж − коэффициент сжимаемости кислорода. Зависимость коэффициента сжимаемости от давления в баллоне иллюстрируется следующей таблицей:

Давление, Мпа	Коэффициент сжимаемости
10	0,908
15	0,874
20	0,857

При повышении температуры в баллоне до tC давление возрастет до

p_бt = р_б[(273 + t)/(273 + 15)].