一種民航用化學(xué)產(chǎn)氧器

王冰 賀旺 方玲 夏艷 王慧丹

摘? ?要：本文介紹了一種民航用化學(xué)產(chǎn)氧器的工作原理，典型結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)，開(kāi)展的主要方案研究和研制工作，并對(duì)研制出的樣件進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明產(chǎn)品滿足民航飛機(jī)旅客高空應(yīng)急用氧需求。目前國(guó)內(nèi)外民用航空一般均采用化學(xué)產(chǎn)氧器為旅客提供應(yīng)急用氧。化學(xué)產(chǎn)氧器經(jīng)打火引燃氯酸鈉芯體，使其發(fā)生熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生出人體呼吸所需的氧氣，保證在飛機(jī)失密的應(yīng)急情況下，為旅客提供符合高空人體生理衛(wèi)生學(xué)要求的呼吸用氧氧源。

關(guān)鍵詞：化學(xué)產(chǎn)氧器? 氯酸鈉? 氧芯

1? 概述

目前國(guó)內(nèi)外民用航空一般均采用化學(xué)產(chǎn)氧器為旅客提供應(yīng)急用氧?；瘜W(xué)產(chǎn)氧器經(jīng)打火引燃氯酸鈉芯體，使其發(fā)生熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生出人體呼吸所需的氧氣，保證在飛機(jī)失密的應(yīng)急情況下，為旅客提供符合高空人體生理衛(wèi)生學(xué)要求的呼吸用氧源。

化學(xué)產(chǎn)氧器是通過(guò)加熱氯酸鈉使其分解而產(chǎn)生氧氣的化學(xué)過(guò)程。當(dāng)把氯酸鈉加熱到478℃時(shí)分解并放出相當(dāng)其重量45%左右的氧氣。分解氯酸鈉所必需的熱量開(kāi)始時(shí)由引燃藥供給，繼續(xù)熱分解所需的熱量由與氯酸鈉混和的鐵粉供給。鐵粉一旦點(diǎn)燃，就在富氧環(huán)境中燃燒放熱，生成氧化鐵。氯酸鈉熱分解中產(chǎn)生的游離氯氣，通過(guò)摻和在氯酸鈉中的氧化鋇的反應(yīng)加以清除。整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程方程式：

2? 典型結(jié)構(gòu)組成

典型化學(xué)產(chǎn)氧器的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，主要包括氯酸鈉氧芯、殼體組件、絕熱件、過(guò)濾器、拉索組件、啟動(dòng)機(jī)構(gòu)（包含火帽）、安全活門(mén)、輸出口等。

化學(xué)產(chǎn)氧器通過(guò)對(duì)氯酸鈉氧芯的型體設(shè)計(jì)、配方研究和采取凈化措施等，使化學(xué)產(chǎn)氧器產(chǎn)生出符合人體生理衛(wèi)生學(xué)要求的氧氣。在氧芯材料配方中添加轉(zhuǎn)化劑以消除游離氯氣，采用催化劑和過(guò)濾、吸附等凈化方法以消除一氧化碳等有害氣體及固體雜質(zhì)。合理設(shè)計(jì)氯酸鈉氧芯的型體（大小、形狀和密度），控制其燃燒速率以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氧流量特性要求。

3? 主要性能指標(biāo)

（1）操作拉力。

在120°圓錐角內(nèi)的任何角度上拉動(dòng)啟動(dòng)機(jī)構(gòu)向上，其操作拉力應(yīng)保持在4.4～17.6N范圍內(nèi)。

（2）供氧量和時(shí)間。

供氧量隨時(shí)間變化的曲線為下限值。

（3）氧氣純度。

氧氣純度應(yīng)達(dá)到99.5%以上，氧氣中有害氣體及固體雜質(zhì)的極限含量

（4）氧氣溫度。

當(dāng)環(huán)境溫度為24℃+3℃時(shí)，化學(xué)產(chǎn)氧器出口氧氣溫度應(yīng)不高出環(huán)境溫度3℃。

（5）出口表面溫度。

當(dāng)環(huán)境溫度為24℃+3℃時(shí)，化學(xué)產(chǎn)氧器出口處的表面溫度應(yīng)不超過(guò)82℃。

（6）外殼溫度。

當(dāng)環(huán)境溫度為24℃+3℃時(shí)，化學(xué)產(chǎn)氧器外殼溫度應(yīng)不超過(guò)286℃。

（7）安全活門(mén)打開(kāi)壓力。

化學(xué)產(chǎn)氧器安全活門(mén)的打開(kāi)壓力應(yīng)在343 kPa ～510 kPa范圍內(nèi)。

（8）環(huán)境適應(yīng)性。

化學(xué)產(chǎn)氧器低溫性能應(yīng)滿足DO160的相關(guān)環(huán)境試驗(yàn)要求。

4? 主要研究方案

（1） 引燃。

選用武器中的火帽直接引燃。設(shè)計(jì)相應(yīng)的打火機(jī)構(gòu)，以擊發(fā)火帽。

（2）氧芯。

氧芯包括壓制在一起的引燃藥片和產(chǎn)氧柱兩部分。在結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的情況下通過(guò)調(diào)整產(chǎn)氧芯的材料配方、形體設(shè)計(jì)、各層藥量比例和壓制工藝參數(shù)，使化學(xué)產(chǎn)氧器輸出流量特性及總產(chǎn)氧量符合預(yù)定要求。氧芯的外形決定著化學(xué)產(chǎn)氧器的流量-時(shí)間特性，產(chǎn)氧量隨時(shí)間而變化，應(yīng)保證在接通高度及下降過(guò)程中有符合人體生理衛(wèi)生學(xué)要求的用氧量及氧濃度。因此，其外形曲線的設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行仿真計(jì)算，建立產(chǎn)氧量與環(huán)境高度/燃燒時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。

壓制工藝參數(shù)大致包括：配方材料的粒度，攪拌的均勻度和壓制力大小。合理選置這些參數(shù)，保證預(yù)定的藥量密度及其均勻性。氧芯的密度大、均勻性好，才能保證燃燒的穩(wěn)定性。一般說(shuō)，氧芯的密度越接近理論值越好。

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于一個(gè)規(guī)定的氧芯，它相對(duì)額定值由+15%的流量偏差。在暴露于低溫環(huán)境下使用時(shí)，則減小燃燒速度;而暴露在高溫環(huán)境則加快燃燒速度，并減少持續(xù)使用時(shí)間，因此研制過(guò)程中應(yīng)考慮增加可適用的余量。

（3）凈化。

為獲得高純度的氧氣，必須采取綜合凈化機(jī)制。除在芯體材料配方中添加轉(zhuǎn)化劑BaO2以消除游離氯氣外，還采用多層保溫過(guò)濾（蛭石、硅酸鋁）和吸附材料MnO2加以凈化，以消除有害氣體及固體雜質(zhì)。

（4）檢測(cè)。

為確認(rèn)化學(xué)產(chǎn)氧器輸出的氧氣品質(zhì)及流量特性是否符合預(yù)定的要求，必須有相應(yīng)的檢測(cè)手段。為此，研制了可測(cè)錄瞬時(shí)流量和累積流量的專用流量試驗(yàn)器，籌備了可檢測(cè)微量有害氣體及固體雜質(zhì)的檢測(cè)設(shè)備。

5? 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的化學(xué)產(chǎn)氧器實(shí)現(xiàn)了引燃產(chǎn)氧、氧氣純度達(dá)到99.5%、產(chǎn)氧持續(xù)時(shí)間15min、總產(chǎn)氧量70L以上等各項(xiàng)要求，并且輸出流量特性、氧氣純度均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，滿足民航旅客高空應(yīng)急用氧需求。

隨著民航飛機(jī)都需飛高原機(jī)場(chǎng)等需求，旅客應(yīng)急供氧時(shí)間也相應(yīng)要求延長(zhǎng)，可相應(yīng)增加氧芯的尺寸和重量，并進(jìn)一步提高壓制工藝水平，已滿足最新民航飛機(jī)需求。

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