一种预防飞行员发生氮气窒息的装置

一种预防飞行员发生氮气窒息的装置

代龙

西安飞机工业（集团）有限责任公司陕西省西安市710089

【摘要】本文论述了氮气窒息的危害以及飞行员在飞行中发生氮气窒息的隐患所在，设计了一种适用于军用飞机氧气系统，防止飞行员发生氮气窒息的装置。

【关键词】氧气系统；氮气；窒息

前言

氧气参与组织细胞的氧化代谢，是维持人体生理活动必不可少的物质。氮气属单纯窒息性气体，对氧有排斥作用。当呼吸环境中氮气浓度增高时，人体肺内氧分压降低，动脉血氧分压随之降低，从而引起氮气窒息。缺氧是氮气窒息的主要环节，当空气中氮气浓度增加，使氧浓度低于16%时，即可出现头痛、头晕、烦躁不安、精神恍惚等缺氧症状；氧浓度低于11%时出现意识模糊；低于6%时可在数秒内出现氮窒息，失去知觉，并可引起脑水肿，造成大脑皮质及基底神经节损伤[1]。

对于军用飞机而言，座舱空气会随着飞行高度的增加而愈加稀薄，不能满足飞行员在升限高度内的用氧需求，故军用飞机均配备有氧气系统，将制氧或储氧装置中的氧气经过调节后通过专用管路输送到飞行员的氧气面罩，供呼吸使用。

1安全隐患

氮气和氧气是军用飞机地面维护常用的两种气体：氧气作为氧源或备用氧源充入储氧装置，在每次飞行前检查氧气的储存压力，低于规定值时要进行充氧操作；氮气具有纯净和安全的特性，故氧气系统的气密性检查常选用氮气。在用氮气进行气密性检查后，要进行吹风排氮工作，即用氧气将管路和附件中剩余的氮气冲洗掉。

在气密检查后，如果吹风排氮不彻底，氧气系统中残留有氮气，则存在使飞行员吸入高浓度氮气的可能性。此外，氧气和氮气都通过充氧接嘴充入飞机，如果不慎将氮气充入储氧装置，则也存在使飞行员吸入高浓度氮气的可能性。而飞行员一旦发生氮气窒息，将严重危及自身和飞机的安全。

因此，设计一种防止飞行员发生氮气窒息的装置很有必要。

2装置设计

为了防止飞行员发生氮气窒息，首先需要测定管路中氮气的浓度，判断供氧是否正常；其次，考虑到飞行员吸入高浓度氮气后行为能力可能降低，以及为了尽快摆脱缺氧环境，在检测到高浓度氮气时应自动切断氮气供应；此外，还应显示告警信息，提醒飞行员供氧发生异常，以便采取相应措施。因此，防氮气窒息装置应同时具备氮气浓度检测、管路关断和告警指示的功能。

氮气浓度可通过反测氧气浓度获得，可以使用电化学氧气传感器测定管路中的氧浓度。该类传感器技术成熟，应用广泛，具有响应时间短、可靠性高等优点[2]。当传感器检测到氧气浓度低于空气中浓度（21%）时，即可判定氧气系统中存在高浓度氮气。此时，输出信号到飞机告警系统，显示供氧异常的告警指示。为了减少因传感器误差造成的误告警，可以适当降低告警浓度。

为了实现自动切断氮气供应，需要在管路中安装一个电动活门。传感器在输出告警信号的同时，输出控制信号，驱动电动活门通电关闭，切断氮气供应。

防氮气窒息装置原理图见图1。

图1防氮气窒息装置原理图

3装机使用

军用飞机氧气系统一般配备有空气活门，其作用是在飞行员吸气阻力较大时自动打开，使座舱空气补充进入氧气系统。防氮气窒息装置应装在空气活门上游，以便检测到氧气浓度过低而切断上游供气后，空气活门可以自动打开，使飞行员呼吸座舱空气。此外，该装置还应与飞机电源系统和告警系统交联，由电源系统对电动活门供电，告警系统接受氧传感器的告警信号并发出告警指示。当飞行员接收到供氧异常的告警后，可将氧气面罩摘下，直接呼吸座舱空气，此时应及时降低飞行高度并返航。

除了保证飞行员在空中的用氧安全外，防氮气窒息装置还可作为检测氧气系统地面维护工作是否正常完成的依据。

防氮气窒息装置机上安装示意见图2。

图2防氮气窒息装置机上安装示意图

结束语

飞行安全的重要性不言而喻，然而许多飞行事故都是由容易被忽视的隐患所引起的。设计防氮气窒息装置就是为了杜绝因操作失误而引起飞行员发生氮气窒息这一安全隐患。防氮气窒息装置结构简单可靠，所采用的技术均成熟完善，可以有效地提高军用飞机氧气系统的安全性。

参考文献：

[1]夏玉静，薛长江，郝凤桐.氮气窒息临床特点与治疗[J].中国工业医学杂志，2009，22（6）：439.

[2]徐振忠，姚伟，秦浩.电化学氧传感器研究进展[J].民营科技，2011，10：159.

作者简历：代龙，男，1989年出生，2012年毕业于哈尔滨工业大学热能与动力工程专业。毕业至今就职于西安飞机工业集团，从事军用飞机环控救生系统氧气专业的设计工作，职称为助理工程师。本论文内部是我在日常工作中发现的现有飞机氧气系统中可以改进的部分，有利于提高飞行员的健康和安全.