Источником кислорода в высотном полете, подаваемого на дыхание экипажу воздушного судна может быть пополняемый на земле запас, хранящийся в кислородных баллонах, либо бортовая кислорододобывающая установка (БКДУ).
Запас кислорода для высотных кислородных приборов, применяемых в авиации, может содержаться в двух видах: газообразном и жидком. Наиболее широко применяется газообразный кислород, сохраняемый в сжатом виде в специальных стальных баллонах.
Промышленное добывание кислорода для нужд авиации
Кислород-газ, не имеющий цвета и запаха; он не горит, но поддерживает горение.
В промышленности кислород добывается из атмосферного воздуха методом его глубокого охлаждения и сжижения, а затем последующего разделения на составляющие газы. Получаемый этим методом жидкий кислород переводится в газообразный и обычно содержит небольшое количество азота. В авиации и космонавтике для дыхания применяется только такой кислород, который содержит азот в количестве, не превышающем 2%.
Газообразный кислород в авиации
Для установки на самолете обычно пользуются баллонами различной емкости с рабочим давлением 150 атмосфер. Применяются также баллоны с рабочим давлением 30 атмосфер. Такие баллоны изготавливают из более легкой стали и поэтому имеют относительно незначительный вес.
При наполнении баллона кислородом в него попадает вода из компрессора, под действием которой внутренняя поверхность стенок со временем ржавеет и постепенно разрушается. Поэтому, во избежание разрывов давлением находящегося в нем кислорода, баллоны регулярно проходят проверочные испытания.
Вторым и более значительным фактором накопления внутри баллона воды является конденсация и замерзание влаги при полетах на большой высоте.
Количество кислорода измеряется в литрах, приведенных к давлению 760мм.рт.ст. при температуре 15 градусов. Чтобы найти эту величину, достаточно умножить емкость баллона на давление в нем кислорода. Так, например, в 4-литровом баллоне с давлением 150 атмосфер при температуре 15 градусов содержится 4х150=600 л кислорода.
При полете на высоте, где температура всегда значительно ниже чем на земле, давление кислорода уменьшается на 1/273 на каждый градус. Поэтому предварительный расчет запаса кислорода нужно производить с учетом разницы между температурой на земле и на предполагаемой высоте. Так, например, если в 4-литровом баллоне при температуре 15 градусов давление было 150 ат, а количество кислорода 600 л, то при ожидаемой на высоте температуре минус 20 градусов давление в баллоне уменьшится на 35/273 первоначальной величины и будет равно 150-(35х150)/273=131 ат, а количество литров снизится с 600 до 524.
Практически можно считать, что во время пребывания на высоте запас кислорода, вследствие его охлаждения, уменьшается в среднем на 1/6 и уменьшается время нахождения на высоте.
Если баллон загрязнен разлагающимися органическими веществами или в нем скопилось большое количество ржавчины, то кислород довольно быстро приобретает запах и привкус железа. Таким кислородом дышать неприятно.
Жидкий кислород
Жидкий кислород- это прозрачная жидкость голубоватого цвета, без запаха, имеющая температуру минус 183 градуса. Литр жидкого кислорода весит 1149 г и при переходе в газообразное состояние образует 789 л газообразного кислорода при температуре 0 градусов и давлении 760 мм.рт.ст.
В жидком кислороде возможна примесь ацетилена и продуктов пригорания масел, идущих на смазывание компрессоров кислорододобывающей установки. При определенной концентрации ацетилена жидкий кислород может взрываться. Примесь продуктов пригорания масел придает образующемуся газообразному кислороду неприятный запах и вызывает головную боль. Жидкий кислород с большой примесью посторонних веществ содержит муть. По этой причине для дыхания пользуются жидким кислородом, содержащим ацетилена не более 4 см3 на 10 л и не содержащим примеси посторонних веществ, т.е. прозрачным.
Для удаления последних, кислород фильтруется через фильтровальную бумагу и некоторые другие вещества.
Образование из жидкого кислорода газообразного происходит уже при минус 183 градусах. Это затрудняет хранение жидкого кислорода и требует применения специальных сосудов, максимально защищающих его от доступа тепла из окружающего воздуха. Для этой цели служат сосуды Дюара.
Сосуд Дюара состоит из двух шарообразны латунных сосудов с длинным горлом, вставленных друг в друга. Они соединяются только узкой перемычкой у верхних концов горла. Из пространства между стенками выкачивается воздух, а образовавшееся вакуумное пространство является хорошим теплоизолятором. Обращенные друг к другу стенки сосуда дополнительно полируются для отражения лучистого тепла. На наружной поверхности внутреннего сосуда подвешивается корзиночка с активированным углем или другим абсорбентом, хорошо поглощающим газы, проникающие через поры металла и понижающие вакуум.
Таким образом, доступ тепла к жидкому кислороду сводится до минимума. Небольшое количество тепла передается в сосуд по перемычке, соединяющий горла сосудов. Тем не менее все же наблюдается непрерывное испарение жидкого кислорода, притом тем большее, чем хуже вакуум. Путем повторного взвешивания сосуда Дюара легко установить величину испарения и потерю жидкого кислорода, а тем самым и качество сосуда. В хорошем сосуде Дюара потеря жидкого кислорода не должна превышать 45 г в час. Чтобы предохранить сосуд Дюара от механических повреждений его защищают прочным кожухом.
Кислородные приборы на жидком кислороде применялись на Ту-16. Еще несколько лет назад, аналогичными приборами были оснащены Ту-142, однако не известно, прошли они с того времени модернизацию и переход на газообразный кислород. Американские ВВС более активно используют жидкий кислород в своих ЛА, однако, звездный час жидкого кислорода пришелся на космические программы «Джемини».
Ставьте лайк и подписывайтесь на канал «Прогулки в стратосфере», в данной статье не раскрыта тема бортовых кислорододобывающих установок и кислородных приборов на жидком кислороде, а значит будут и новые публикации.
Научный сотрудника АО «НПП «Звезда» С.М. Дворников.
