Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБЫ ВОЗДУХА В КАБИНЕ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Изобретение относится к технике отбора образцов воздуха кабин летательных аппаратов (ЛА), концентрирования примесей в пробах воздуха кабин ЛА для исследования степени загрязнения воздуха вредными веществами, поступающими вместе с воздухом в систему кондиционирования воздуха (СКВ) и определения состава вредных примесей, опасных концентраций в воздухе газов и паров, повышения чувствительности их определения.

Уровень техники

Основной источник загрязнения воздуха кабин летательных аппаратов - унос смазочного масла из передних опор двигателей с его последующим полным или частичным разложением в тракте компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) на разных режимах его работы. Сложная смесь, содержащая пары и аэрозоли смазочного масла, пары алифатических углеводородов, акролеина, формальдегида, фенола, крезолов, уксусной кислоты, бензола, трикрезилфосфата, этилового, пропилового, бутилового и изобутилового спиртов, ацетона, толуола, ксилолов, окиси и двуокиси углерода, поступает из системы кондиционирования воздуха в кабину ЛА. Кроме того, воздух кабин ЛА загрязняют выделения из отделочных материалов кабины и антропотоксины.

Предлагаемое устройство может быть использовано при заводских и сертификационных испытаниях ЛА на соответствие требованиям §831 АП-25 (Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории. 2008 г.), аналогично АП-29 (вертолеты) и АП-23 (гражданские легкие самолеты). Отечественные требования к чистоте воздуха, отбираемого от авиационных ГТД и подаваемого для вентиляции помещений для экипажа и пассажиров, регламентированы в АП-25. В соответствии с §25.831 наряду с требованием о необходимости подачи системой вентиляции достаточного количества воздуха (a), не содержащего "вредных и опасных концентраций газов и паров" (b), установлена необходимость обеспечения следующих условий:

- ПДК других токсичных примесей (кроме окиси и двуокиси углерода), мг/м³, (d*):

пары топлива - 300;

пары и аэрозоль минеральных масел - 5;

пары и аэрозоль синтетических масел - 2;

акролеин - 0,2;

формальдегид - 0,5;

фенол - 0,3;

бензол - 5;

трикрезилфосфат - 0,5;

диоктилсебацинат - 5,0;

окислы азота - 5.

Известны устройства для отбора и хранения проб воздуха в виде стеклянных неградуированных газовых пипеток с двумя одноходовыми кранами, выполненных по ГОСТ 18954-73 «Прибор и пипетки стеклянные для отбора и хранения проб газа”.

Аналогичные устройства выполняются в виде канистр, описанных в стандарте ASTM (2001): «Standard Test Method for Determination of Volatile Organic Chemicals in Atmospheres (Canister Sampling Methodology), West Conshohocken, PA, American Society for Testing and Materials (ASTM Standard D5466-01)». При этом канистра с запорным вентилем используется либо предварительно отвакуумированной, либо отбор производится методом газового обмена (продувка канистры большим количеством воздуха).

Различные варианты таких устройств (отбор в газовые пипетки, пластиковые мешки и т.д.) пригодны лишь для отбора проб воздуха на содержание слабоадсорбирующихся газов, а согласно российским АП в воздухе кабин ЛА нормируется содержание большого количества высококипящих соединений (масло, керосин, трикрезилфосфат и т.д.). Известен «Комплекс отбора проб воздуха», патент на изобретение №2494366, содержащий корпус, представляющий из себя соединенные между собой вертикальные панели, на которых расположены пробоотборники с адсорбционными пакетами, имеющими концентраторы, электромагнитные клапаны, фильтры-влагоотделители, датчики измерения температуры и давления, коллектор отбора проб, установленный перед испытуемым ГТД, диффузор с жиклерами, вакуумный насос и пульт управления. Однако этот комплекс используется только для стендовых испытаний двигателей. К недостаткам такой конструкции можно отнести то, что запорные устройства (электромагнитные клапаны) расположены после пробоотборников, в клапанах возможно оседание части примесей и, наоборот, сами они могут выделять посторонние примеси.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, описанное в МУ 1.1.258-99, введено 01.07.2000 НИИСУ. Указанные недостатки здесь частично устраняются тем, что отбор проб воздуха производится за счет концентрирования примесей на адсорбенте, а вакуумированная емкость используется здесь как тарированный побудитель расхода с хорошими метрологическими характеристиками. Конструкция устройства для концентрирования примесей воздуха (пробоотборника) включает корпус и концентратор с сорбентом, выполненный из заостренной стальной трубки с боковым отверстием и толкателем с регулировочным винтом. Концентратор центруется и герметизируется в корпусе с помощью двух резиновых втулок. После отбора пробоотборник разбирается, концентратор без разборки идет на хроматографический анализ методом десорбции примесей в испаритель хроматографа, после чего он снова пригоден для отбора без специальной очистки.

К недостаткам такой конструкции можно отнести то, что запорные устройства (электромагнитные клапаны) расположены после пробоотборников. Во время длительного полета, особенно на маневренных самолетах, за счет изменения давления в кабине будет происходить неучтенный отбор воздуха (прокачка через концентраторы для выравнивания давления воздуха в кабине и мертвым объемом между клапаном и концентратором). Простая перемена этих узлов местами не решает проблему, так в клапанах возможно оседание части примесей и, наоборот, сами они могут выделять посторонние примеси. Возможен и паразитный пассивный отбор на адсорбент в концентраторе, так как вход в концентратор здесь будет постоянно открыт. Кроме того, фоновое загрязнение концентраторов выделениями из резиновых втулок возможно за счет большой площади контакта их с концентратором. Все это искажает результаты последующего газохроматографического анализа в сторону их значительного завышения.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое устройство, заключается в повышении чувствительности определения опасных концентраций в воздухе газов и паров, точности анализа за счет уменьшения фонового загрязнения, уменьшение времени наземного и летного эксперимента по оценке чистоты воздуха кабин ЛА.

Существенные признаки.

Для достижения этого технического результата в устройстве для отбора пробы воздуха в кабине летательного аппарата, содержащем вакуумированную емкость как побудитель расхода воздуха, поглотительный патрон с сорбентом (концентратор), выполненный из заостренной стальной трубки с заглушками из стекловаты на концах трубки, с боковым отверстием в трубке, заполненной сорбентом и стекловатой, вакуумированная емкость выполнена в виде цилиндрического корпуса с входным и выходным патрубками, установленными в его торцах. Выходной патрубок снабжен трубкой из вакуумной резины и вводимой металлической заглушкой в свободный конец трубки после вакуумирования. Входной патрубок приварен к торцу корпуса, выполнен с внутренним диаметром большим, чем диаметр входа в корпус, и с внутренней резьбой. Поглотительный патрон с сорбентом (концентратор) установлен во входном патрубке и частично в вакуумированной емкости, которую используют так же в качестве пробоотборника на несорбирующиеся в концентраторе примеси. Запорное устройство в виде трубки с входным отверстием для прохода пробы воздуха вворачивают до плотного прижатия ее через герметизирующее кольцо к горловине поверхности вакуумированной емкости.

К запорному устройству у входа соосно прикреплена крышка с ребрами жесткости и резиновой прокладкой, с противоположной от крепления крышки стороны на устройстве шарнирно установлен рычаг с треугольным эксцентриком на конце, выполненный с возможностью при сдвигании рычага приподнимать крышку, разгерметизируя систему и производя отбор воздуха. Рычаг и крышка закреплены и выполнены с возможностью вращения в одной плоскости относительно осей вращения и крепления, между ними расположены пружины, прикрепленные с одной стороны к корпусу запорного устройства, а с другой стороны - к ребрам жесткости крышки, обеспечивая при опущенном рычаге, когда крышка лежит на внешнем катете эксцентрика рычага, положение - крышка закрыта, и - крышка открыта, когда приподнята и лежит с технологическим зазором на внутреннем катете эксцентрика, при сдвигании рычага крышка приподнимается, разгерметизируя систему и производя отбор воздуха.

Кроме того, устройство является эргономичным при совершении процедуры отбора пробы летчиком в защитном снаряжении, в тесной кабине маневренного самолета за счет минимизации количества действий при пробоотборе.

На фиг.1 представлен чертеж предлагаемого устройства для отбора проб воздуха кабин ЛА.

На фиг.2, 3 представлены чертежи корпуса запорного устройства с опущенным рычагом, треугольным эксцентриком на конце и поднятым в моменты закрытия и открытия крышки.

Устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит вакуумируемую емкость, концентратор.

Предлагаемое устройство, см. фиг.1, содержит цилиндрическую вакуумируемую емкость 1, во входной патрубок 2 устанавливают концентратор 3 через кольцевое резиновое уплотнение 4, которое уплотняется вворачиванием в горловину патрубка 2 корпуса запорного устройства в виде трубки 5 с нарезной горловиной 6. На входе трубки 5 по разные стороны крепятся крышка 7 с ребрами и резиновой прокладкой и рычаг 8 с треугольным эксцентриком на конце. Они закреплены и свободно вращаются в одной плоскости с помощью осей 9 и 11. Между ними расположены пружины 10, закрепленные с одной стороны на корпусе запорного устройства 5, а с другой стороны - на ребрах крышки 7, которые обеспечивают постоянное закрытие крышки 7 при опущенном рычаге 8. С противоположного конца емкости 1 выполнен выходной патрубок 12 с резиновой муфтой 13 и заглушкой 14, служащие для вакуумирования и определения остаточного давления до и после отбора проб воздуха.

Работа устройства

Устройство работает следующим образом. У входа в цилиндрическую вакуумируемую емкость 1 установлено запорное устройство 5 с рычагом 8, обладающим двумя устойчивыми подпружиненными положениями - закрыто, когда крышка 7 лежит на внешнем катете эксцентрика рычага, и - открыто, когда крышка приподнята и лежит с технологическим зазором на внутреннем катете эксцентрика, см. фиг.2 и 3.

Поглотительный патрон с сорбентом (концентратор) 3 установлен во входном патрубке 2 и частично в вакуумированной емкости 1, которую используют так же в качестве пробоотборника на несорбирующиеся в концентраторе примеси. При закрытом положении крышки устройство собирают и вакуумируют через второй выходной патрубок 12 с трубкой из вакуумной резины (резиновой муфты) 13, который далее заглушается введением в трубку металлической заклепки 14 большего диаметра. При открытом положении (рычаг вверх) происходит отбор пробы. После отбора (1-2 мин) устройство одним движением руки летчика закрывается (рычаг вниз). При этом до и после отбора пробы загрязнение концентратора исключено, что существенно снижает погрешность определения концентрации вредных примесей в воздухе кабин ЛА. Кроме того, то, что запорное устройство 5 выполнено с крышкой 7 и прокладкой без какой-либо смазки и с большим проходным сечением, а не в виде игольчатого или шарового вентиля или клапана, позволяет избежать оседания примесей в самом запорном устройстве 5 до концентратора 3 и в тоже время не загрязняет пробу смазкой или другими выделениями из клапанов. Устройства для отбора проб воздуха кабин ЛА достаточно компактны.

Для достоверного анализа воздуха кабин согласно требованиям АП, согласно существующим методикам достаточно прокачать воздух через концентраторы 0,1-0,2 дм³ (при условии, что фоновое загрязнение концентраторов достаточно мало, что и обеспечивается предлагаемой конструкцией устройства). Если закрепить на вакуумированной цилиндрической емкости 1 эластичную кольцевую ленту с «липучкой», то с ее помощью можно крепить такие устройства в потребном количестве к подголовникам кресел кабины ЛА, располагая заборное устройство в зоне дыхания пассажиров. Проходя по салону, инженер-экспериментатор одним движением открывает нужные устройства, а на обратном пути закрывает их (время отбора не более 1-2 мин). Это позволяет существенно сократить время и количество летных экспериментов по оценке чистоты воздуха кабин ЛА. Для маневренных самолетов также очень выгодна компактность и простота эксплуатации предложенного устройства. Операции по открыванию и закрыванию их летчик может выполнять даже в защитном снаряжении (для других конструкций этот процесс весьма затруднен).