一種民航用化學產氧器

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產氧器的工作原理，典型結構及性能指標，開展的主要方案研究和研制工作，并對研制出的樣件進行了試驗驗證，試驗結果表明產品滿足民航飛機旅客高空應急用氧需求。目前國內外民用航空一般均采用化學產氧器為旅客提供應急用氧。化學產氧器經打火引燃氯酸鈉芯體，使其發生熱分解反應，產生出人體呼吸所需的氧氣，保證在飛機失密的應急情況下，為旅客提供符合高空人體生理衛生學要求的呼吸用氧氧源。

關鍵詞：化學產氧器? 氯酸鈉? 氧芯

1? 概述

目前國內外民用航空一般均采用化學產氧器為旅客提供應急用氧。化學產氧器經打火引燃氯酸鈉芯體，使其發生熱分解反應，產生出人體呼吸所需的氧氣，保證在飛機失密的應急情況下，為旅客提供符合高空人體生理衛生學要求的呼吸用氧源。

化學產氧器是通過加熱氯酸鈉使其分解而產生氧氣的化學過程。當把氯酸鈉加熱到478℃時分解并放出相當其重量45%左右的氧氣。分解氯酸鈉所必需的熱量開始時由引燃藥供給，繼續熱分解所需的熱量由與氯酸鈉混和的鐵粉供給。鐵粉一旦點燃，就在富氧環境中燃燒放熱，生成氧化鐵。氯酸鈉熱分解中產生的游離氯氣，通過摻和在氯酸鈉中的氧化鋇的反應加以清除。整個化學反應過程方程式：

2? 典型結構組成

典型化學產氧器的結構組成如圖2所示，主要包括氯酸鈉氧芯、殼體組件、絕熱件、過濾器、拉索組件、啟動機構（包含火帽）、安全活門、輸出口等。

化學產氧器通過對氯酸鈉氧芯的型體設計、配方研究和采取凈化措施等，使化學產氧器產生出符合人體生理衛生學要求的氧氣。在氧芯材料配方中添加轉化劑以消除游離氯氣，采用催化劑和過濾、吸附等凈化方法以消除一氧化碳等有害氣體及固體雜質。合理設計氯酸鈉氧芯的型體（大小、形狀和密度），控制其燃燒速率以實現產氧流量特性要求。

3? 主要性能指標

（1）操作拉力。

在120°圓錐角內的任何角度上拉動啟動機構向上，其操作拉力應保持在4.4～17.6N范圍內。

（2）供氧量和時間。

供氧量隨時間變化的曲線為下限值。

（3）氧氣純度。

氧氣純度應達到99.5%以上，氧氣中有害氣體及固體雜質的極限含量

（4）氧氣溫度。

當環境溫度為24℃+3℃時，化學產氧器出口氧氣溫度應不高出環境溫度3℃。

（5）出口表面溫度。

當環境溫度為24℃+3℃時，化學產氧器出口處的表面溫度應不超過82℃。

（6）外殼溫度。

當環境溫度為24℃+3℃時，化學產氧器外殼溫度應不超過286℃。

（7）安全活門打開壓力。

化學產氧器安全活門的打開壓力應在343 kPa ～510 kPa范圍內。

（8）環境適應性。

化學產氧器低溫性能應滿足DO160的相關環境試驗要求。

4? 主要研究方案

（1） 引燃。

選用武器中的火帽直接引燃。設計相應的打火機構，以擊發火帽。

（2）氧芯。

氧芯包括壓制在一起的引燃藥片和產氧柱兩部分。在結構參數一定的情況下通過調整產氧芯的材料配方、形體設計、各層藥量比例和壓制工藝參數，使化學產氧器輸出流量特性及總產氧量符合預定要求。氧芯的外形決定著化學產氧器的流量-時間特性，產氧量隨時間而變化，應保證在接通高度及下降過程中有符合人體生理衛生學要求的用氧量及氧濃度。因此，其外形曲線的設計應進行仿真計算，建立產氧量與環境高度/燃燒時間的函數關系。

壓制工藝參數大致包括：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，保證預定的藥量密度及其均勻性。氧芯的密度大、均勻性好，才能保證燃燒的穩定性。一般說，氧芯的密度越接近理論值越好。

一般來說，對于一個規定的氧芯，它相對額定值由+15%的流量偏差。在暴露于低溫環境下使用時，則減小燃燒速度;而暴露在高溫環境則加快燃燒速度，并減少持續使用時間，因此研制過程中應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制。除在芯體材料配方中添加轉化劑BaO2以消除游離氯氣外，還采用多層保溫過濾（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。

（4）檢測。

為確認化學產氧器輸出的氧氣品質及流量特性是否符合預定的要求，必須有相應的檢測手段。為此，研制了可測錄瞬時流量和累積流量的專用流量試驗器，籌備了可檢測微量有害氣體及固體雜質的檢測設備。

5? 結語

本文設計的化學產氧器實現了引燃產氧、氧氣純度達到99.5%、產氧持續時間15min、總產氧量70L以上等各項要求，并且輸出流量特性、氧氣純度均達到國際先進水平，滿足民航旅客高空應急用氧需求。

隨著民航飛機都需飛高原機場等需求，旅客應急供氧時間也相應要求延長，可相應增加氧芯的尺寸和重量，并進一步提高壓制工藝水平，已滿足最新民航飛機需求。

參考文獻

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