CN114476078B - 一种飞机座舱内集成供氧*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种飞机座舱内集成供氧***，包括监测模块、存储模块、流通模块、控制模块、释放模块和收集模块，所述监测模块用于检测座舱内的氧气浓度以及气压值，所述存储模块用于存储氧气，所述流通模块用于将所述存储模块中的氧气输送至各个氧气面罩，所述释放模块用于将所述存储模块中的氧气直接释放至座舱中，所述收集模块用于收集座舱中的空气并对氧气进行提纯，所述控制模块用于根据所述监测模块的监测数据对所述流通模块、所述释放模块和所述收集模块进行控制；本***能够根据飞机的不同情况进行不同的供氧，确保乘客能够进行正常的呼吸。
Description
技术领域
本发明涉及供氧控制领域，具体涉及一种飞机座舱内集成供氧***。
背景技术
飞机在飞行过程中处理一个封闭的孤岛状态，在供氧方面，只能依靠飞机上自身的储备解决问题，对于一些长途旅程而言，一套安全的供氧***对乘客的生命安全来说是非常重要的，如何在有限的空间内提高氧气的使用效率以及确保呼吸的舒适度，是当前的供氧***需要解决的问题。
现在已经开发出了很多供氧***，经过我们大量的检索与参考，发现现有的授权***有如公开号为KR100987740B1，KR100502061B1、CN112937874B和KR100719833B1所公开的***，将飞行器环境控制***和机载中空纤维膜制氮燃油箱惰化***进行耦合，采用逆升压三轮环控技术，利用座舱环境控制***中冷却涡轮输出功率带动压气机，抽吸并提升机载中空纤维膜制氮燃油箱惰化***中排放的富氧气体至座舱，以实现座舱弥散式供氧。本发明采用耦合设计方法充分回收利用了机载中空纤维膜制氮燃油箱惰化***中排放废气，有效提高了座舱氧分压，它不仅提高了乘员舒适性，降低了高空缺氧给乘客带来的不良反应，在相同座舱氧分压下减少了座舱内外压差。但该***不能在飞机出现失压状态时降低氧气的无用损耗，导致对氧气的利用率不足，在长途旅程中降低乘客的呼吸舒适感。
发明内容
本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种飞机座舱内集成供氧***。
本发明采用如下技术方案：
一种飞机座舱内集成供氧***，包括监测模块、存储模块、流通模块、控制模块、释放模块和收集模块，所述监测模块用于测量座舱中的空气数据，所述存储模块用于存储氧气，所述流通模块用于连接所述存储模块和氧气面罩，所述释放模块用于直接将所诉存储模块中的氧气释放在座舱中，所述收集模块用于采集座舱中的空气并其中的氧气进行提纯，所述控制模块用于对所述流通模块、所述释放模块和所述收集模块进行控制；
所述收集模块包括采集室、提纯室和无氧室，所述采集室用于采集空气，所述提纯室用于提纯氧气，提纯的氧气被输送至所述存储模块，提纯后的无氧空气被输送至所述无氧室，所述无氧室与所述释放模块连通，所述控制模块能够控制将所述无氧室中的空气经过所述释放模块释放到座舱中；
所述***在进行紧急供氧的过程包括如下步骤：
S21、所述控制模块对所述监测模块检测的气压值P进行分析，当气压值P满足下述条件时，判断飞机处于失压状态：
-(P)′＞ε；
其中(P)′表示气压值P关于时间的导数，ε为失压判断速率；
S23、所述控制模块控制所述采集室和所述无氧室开启工作，所述采集室的采集速率和所述无氧室的释放速率相同，具体的速率值v0为：
其中，
为基础速率，Oc为所述监测模块检测的氧气浓度值，P′为标准大气压；
S24、所述控制模块对采集室的采集速率和无氧室的释放速率进行调整，调整公式如下：
其中，vr为所述采集室调整后的采集速率，vs为无氧室调整后的释放速率，n为处于使用状态中的氧气面罩的数量，nz为氧气面罩的总数量，vmax为所述采集室能达到的最大采集速率，v′max为所述无氧室能达到的最大释放速率；
S25、当所述控制模块根据下式判断飞机脱离失压状态：
其中，R为普适气体常数，T为温度，μ为空气的摩尔质量，V表示座舱的容积；
S28、所述控制模块控制所述释放模块和所述采集模块将座舱内的氧气浓度和气压值恢复至标准值；
进一步的，所述***还设有调节供氧模式，当所述座舱内的氧气浓度低于浓度阈值Yu时，所述控制模块控制所述释放模块释放氧气提高氧气浓度，当所述座舱内的气压值大于气压阈值时，所述控制模块控制所述采集模块收集座舱中的空气；
进一步的，所述控制模块控制所述释放模块释放氧气的释放速率为
其中，Oc′表示标准氧气浓度，M为当前存储模块中存有的氧气质量，Mz为存储模块中存储的初始氧气总质量，t′为预估时间；
进一步的，所述控制模块控制所述采集室收集座舱中空气的收集速率vq为：
其中，k为质量转换系数，Δt为释放模块开启工作与采集室开启工作的时间差；
进一步的，所述预估时间的具体取值根据下式等式获取：
2(Yu-Oc(0))＝Oc(t′)-Oc(0)；
其中，Oc(t′)表示t′时间前的氧气浓度，Oc(0)表示当前的氧气浓度。
本发明所取得的有益效果是：
本***提供了两种供氧模式，一种是紧急供氧模式，在失压状态下能够通过回收座舱中的氧气，降低氧气的无用损耗，提高氧气的使用率，同时对气压进行调整，确保在回收氧气时避免气压降低过快对乘客健康造成影响，回收氧气的速率会随氧气面罩的使员状态而进行改变，使得未及时佩戴氧气面罩的乘客不会因座舱中氧气回收过快而出现意外，另一中是调节供氧模式，在正常飞行过程中动态调整氧气浓度和气压，提高乘客的呼吸舒适感。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明整体结构框架示意图；
图2为本发明收集模块框架示意图；
图3为本发明调节供氧模式流程示意图；
图4为本发明紧急供氧模式流程示意图；
图5为本发明脱离失压状态后的调节流程示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一。
本实施例提供了一种飞机座舱内集成供氧***，结合图1，包括监测模块、存储模块、流通模块、控制模块、释放模块和收集模块，所述监测模块用于测量座舱中的空气数据，所述存储模块用于存储氧气，所述流通模块用于连接所述存储模块和氧气面罩，所述释放模块用于直接将所诉存储模块中的氧气释放在座舱中，所述收集模块用于采集座舱中的空气并其中的氧气进行提纯，所述控制模块用于对所述流通模块、所述释放模块和所述收集模块进行控制；
所述收集模块包括采集室、提纯室和无氧室，所述采集室用于采集空气，所述提纯室用于提纯氧气，提纯的氧气被输送至所述存储模块，提纯后的无氧空气被输送至所述无氧室，所述无氧室与所述释放模块连通，所述控制模块能够控制将所述无氧室中的空气经过所述释放模块释放到座舱中；
所述***在进行紧急供氧的过程包括如下步骤：
S21、所述控制模块对所述监测模块检测的气压值P进行分析，当气压值P满足下述条件时，判断飞机处于失压状态：
-(P)′＞ε；
其中(P)′表示气压值P关于时间的导数，ε为失压判断速率；
S23、所述控制模块控制所述采集室和所述无氧室开启工作，所述采集室的采集速率和所述无氧室的释放速率相同，具体的速率值v0为：
其中，
为基础速率，Oc为所述监测模块检测的氧气浓度值，P′为标准大气压；
S24、所述控制模块对采集室的采集速率和无氧室的释放速率进行调整，调整公式如下：
其中，vr为所述采集室调整后的采集速率，vs为无氧室调整后的释放速率，n为处于使用状态中的氧气面罩的数量，nz为氧气面罩的总数量，vmax为所述采集室能达到的最大采集速率，v′max为所述无氧室能达到的最大释放速率；
S25、当所述控制模块根据下式判断飞机脱离失压状态：
其中，R为普适气体常数，T为温度，μ为空气的摩尔质量，V表示座舱的容积；
S28、所述控制模块控制所述释放模块和所述采集模块将座舱内的氧气浓度和气压值恢复至标准值；
所述***还设有调节供氧模式，当所述座舱内的氧气浓度低于浓度阈值Yu时，所述控制模块控制所述释放模块释放氧气提高氧气浓度，当所述座舱内的气压值大于气压阈值时，所述控制模块控制所述采集模块收集座舱中的空气；
所述控制模块控制所述释放模块释放氧气的释放速率为
其中，Oc′表示标准氧气浓度，M为当前存储模块中存有的氧气质量，Mz为存储模块中存储的初始氧气总质量，t′为预估时间；
所述控制模块控制所述采集室收集座舱中空气的收集速率vq为：
其中，k为质量转换系数，Δt为释放模块开启工作与采集室开启工作的时间差；
所述预估时间的具体取值根据下式等式获取：
2(Yu-Oc(0))＝Oc(t′)-Oc(0)；
其中，Oc(t′)表示t′时间前的氧气浓度，Oc(0)表示当前的氧气浓度。
实施例二。
本实施例包含了实施例一的全部内容，提供了一种飞机座舱内集成供氧***，包括监测模块、存储模块、流通模块、控制模块、释放模块和收集模块，所述监测模块用于检测座舱内的氧气浓度以及气压值，所述存储模块用于存储氧气，所述流通模块用于将所述存储模块中的氧气输送至各个氧气面罩，所述释放模块用于将所述存储模块中的氧气直接释放至座舱中，所述收集模块用于收集座舱中的空气并对氧气进行提纯，所述控制模块用于根据所述监测模块的监测数据对所述流通模块、所述释放模块和所述收集模块进行控制；
所述流通模块包括一个主管道和若干支管道，所述主管道连接至所述存储模块，并在连接处设置有第一阀门，所述第一阀门与所述控制模块电性连接，所述支管道连接在氧气面罩与所述主管道之间，每个支管道上设有第二阀门和使用监测单元，所述第二阀门与所述使用监测单元电性连接，所述使用监测单元用于独立地监测对应的氧气面罩的使用状态，当监测到氧气面罩被使用时，所述使用检测单元向对应的第二阀门发送信号，所述第二阀门接收信号后自动开启，所述使用监测单元还与所述控制模块电性连接并上传各个氧气面罩的使员状态；
所述释放模块包括一个释放管，所述释放管的一端与所述存储模块连接，另一端与座舱内的空气连通，所述释放管内设有一个调节室，所述调节室用于控制向座舱内释放氧气的速率；
结合图2，所述收集模块包括采集室、提纯室和无氧室，所述采集室通过气泵采集座舱内的空气，采集的空气被运输至所述提纯室，所述提纯室用于对氧气进行提纯，并将提纯后的氧气输送至所述存储模块，提纯后的无氧气体被输送至所述无氧室，所述无氧室与所述释放模块连接，并由所述控制模块控制是否将无氧气体输送至释放模块以及释放无氧气体的速率；
所述释放模块和所述收集模块能够对座舱内的气压以及氧气浓度进行调节；
所述***包括两个供氧模式，一个为调节供氧模式，一个为紧急供氧模式，结合图3，所述调节供氧模式包括如下步骤：
S1、所述释放模块和所述收集模块在所述控制模块控制下处于休眠状态，所述监测模块将实时测量的气压值P和氧气浓度Oc发送给所述控制模块；
S2、所述控制模块发现所述氧气浓度Oc低于浓度阈值Yu时，控制所述释放模块释放氧气，氧气的释放速率为
其中，Oc′表示标准氧气浓度，V表示座舱的容积，M为当前存储模块中存有的氧气质量，Mz为存储模块中存储的初始氧气总质量，t′为预估时间；
所述预估时间与氧气浓度Oc的历史变化数据相关，具体的取值满足下述等式：
2(Yu-Oc(0))＝Oc(t′)-Oc(0)；
其中，Oc(t′)表示t′时间前的氧气浓度，Oc(0)表示当前的氧气浓度；
S3、所述控制模块发现所述气压值大于气压阈值时，控制所述采集室收集座舱中的空气，空气的收集速率vq为：
其中，P′为标准大气压，k为质量转换系数，Δt为释放模块开启工作与采集室开启工作的时间差；
所述质量转换系数k用下述公式表示：
其中，R为普适气体常数，T为温度，μ为空气的摩尔质量；
由于空气的摩尔质量会随着氧气浓度的变化而变化，在调节供氧模式下，氧气浓度的变化幅度较小，为方便处理，公式中的μ取的是氧浓度为浓度阈值Yu时的空气摩尔质量；
结合图4，所述紧急供氧模式包括如下步骤：
S21、所述控制模块对气压值P进行监视，当气压值P满足下述条件时，判断飞机处于失压状态：
-(P)′＞ε；
其中(P)′表示气压值P关于时间的导数，ε为失压判断速率；
S22、若此时处于调节供氧模式，所述控制模块向所述释放模块发送关闭指令控制所述释放模块停止从所述存储模块获取氧气；
S23、所述控制模块控制所述采集室和所述无氧室开启工作，所述采集室的采集速率和所述无氧室的释放速率相同，具体的速率值v0为：
其中，
为基础速率；
S24、所述控制模块收集氧气面罩的使用状态数据，并根据所述使用状态数据对采集室的采集速率和无氧室的释放速率进行调整，调整公式如下：
其中，vr为所述采集室调整后的采集速率，vs为无氧室调整后的释放速率，n为处于使用状态中的氧气面罩的数量，nz为氧气面罩的总数量，vmax为所述采集室能达到的最大采集速率，v′max为所述无氧室能达到的最大释放速率；
S25、当所述控制模块发现到气压值满足下述条件时，判断飞机脱离失压状态：
S26、所述控制模块控制所述采集室和所述无氧室停止工作，并控制所述释放模块释放存储模块中的氧气，提高座舱中的氧气浓度和气压值；
S27、当所述氧气浓度和气压值之一达到标准值时，所述控制模块控制所述采集室或所述无氧室开启工作，结合图5，具体情况如下：
当氧气浓度先达到标准值时，无氧室开启工作，起到继续提高气压值的作用，同时所述释放模块降低氧气的释放速率，起到稳定氧气浓度的作用，等气压值达到标准值后，关闭所述释放模块和所述无氧室；
当气压值先达到标准值时，采集室开启工作，且保持所述采集室的采集速率与释放模块的释放速率一致，起到稳定气压值的作用，所述释放模块逐渐降低释放速率，等到氧气浓度达到标准值时，关闭所述释放模块和所述采集室。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。
Claims (5)
1.一种飞机座舱内集成供氧***，其特征在于，包括监测模块、存储模块、流通模块、控制模块、释放模块和收集模块，所述监测模块用于测量座舱中的空气数据，所述存储模块用于存储氧气，所述流通模块用于连接所述存储模块和氧气面罩，所述释放模块用于直接将所诉存储模块中的氧气释放在座舱中，所述收集模块用于采集座舱中的空气并其中的氧气进行提纯，所述控制模块用于对所述流通模块、所述释放模块和所述收集模块进行控制；
所述收集模块包括采集室、提纯室和无氧室，所述采集室用于采集空气，所述提纯室用于提纯氧气，提纯的氧气被输送至所述存储模块，提纯后的无氧空气被输送至所述无氧室，所述无氧室与所述释放模块连通，所述控制模块能够控制将所述无氧室中的空气经过所述释放模块释放到座舱中；
所述***在进行紧急供氧的过程包括如下步骤：
S21、所述控制模块对所述监测模块检测的气压值P进行分析，当气压值P满足下述条件时，判断飞机处于失压状态：
其中
表示气压值P关于时间的导数，
为失压判断速率；
S23、所述控制模块控制所述采集室和所述无氧室开启工作，所述采集室的采集速率和所述无氧室的释放速率相同，具体的速率值
为：
其中，
为基础速率，
为所述监测模块检测的氧气浓度值，
为标准大气压；
S24、所述控制模块对采集室的采集速率和无氧室的释放速率进行调整，调整公式如下：
其中，
为所述采集室调整后的采集速率，
为无氧室调整后的释放速率，n为处于使用状态中的氧气面罩的数量，
为氧气面罩的总数量，
为所述采集室能达到的最大采集速率，
为所述无氧室能达到的最大释放速率；
S25、当所述控制模块根据下式判断飞机脱离失压状态：
其中，R为普适气体常数，T为温度，
为空气的摩尔质量，V表示座舱的容积；
S28、所述控制模块控制所述释放模块和所述收集模块将座舱内的氧气浓度和气压值恢复至标准值。
2.如权利要求1所述的一种飞机座舱内集成供氧***，其特征在于，所述***还设有调节供氧模式，当所述座舱内的氧气浓度低于浓度阈值Yu时，所述控制模块控制所述释放模块释放氧气提高氧气浓度，当所述座舱内的气压值大于气压阈值时，所述控制模块控制所述收集模块收集座舱中的空气。
3.如权利要求2所述的一种飞机座舱内集成供氧***，其特征在于，所述控制模块控制所述释放模块释放氧气的释放速率为
：
其中，
表示标准氧气浓度，M为当前存储模块中存有的氧气质量，
为存储模块中存储的初始氧气总质量，
为预估时间。
4.如权利要求3所述的一种飞机座舱内集成供氧***，其特征在于，所述控制模块控制所述采集室收集座舱中空气的收集速率
为：
其中，
为质量转换系数，
为释放模块开启工作与采集室开启工作的时间差。
5.如权利要求4所述的一种飞机座舱内集成供氧***，其特征在于，所述预估时间的具体取值根据下式等式获取：
其中，
表示
时间前的氧气浓度，
表示当前的氧气浓度。
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