ICS 49.095 V 44
HB 8484-2014
民用飞机氧气系统设计要求
Design requirements for oxygen system of civil aircraft
2014-07-09 发布 2014-11-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本标准按照 GB/T 1. 1-2009 给定的规则起草。
本标准由中国航空综合技术研究所归口。
本标准起草单位：中航工业三五一厂、中国商用飞机有限公司上海飞机设计研究院、中国航空综合技术研究所。
本标准主要起草人：方玲、彭光梅、辛旭东、李岚、赵宏韬、金惠杰、郭耀东。
民用飞机氧气系统设计要求
1 范围
本标准规定了民用飞机氧气系统的设计依据、设计准则、设计内容、设计程序和设计验证等。
本标准适用于民用飞机氧气系统(以下简称系统)及其成品、附件的设计和验证。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适应于本文件，凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 8982 医用及航空呼吸用氧
《中国民用航空规章第 23 部〈正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航标准〉》(CCAR-23- R3) 中国民用航空总局 2004 年 10 月 12 日民航总局令第 132 号
《中国民用航空规章第 25 部〈运输类飞机适航标准〉》(CCAR-25-R4) 中国民用航空总局
2011 年 11 月 7 日民航总局令第 209 号
《中国民用航空规章第 121 部〈大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则〉》(CCAR-121 -R4) 中国民用航空总局 2010 年 1 月 4 日民航总局令第 195 号
3 术语和定义、缩略语
3.1 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
化学产氧器 chemical oxygen generator
通过化学反应产生氧气的装置。
3.2 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
3.2.1
STPD：标准状态，指温度为 0℃、气压为 101.3kPa、干燥气体条件(standard temperature and pressure dry)
3.2.2
NTPD：正常状态，指温度为 20℃、气压为 101.3kPa、干燥气体条件(normal temperature pressure dry) 3.2.3
BTPS：人体状态，指温度为 37℃、环境压力及饱和水蒸气压为 6.27kPa 条件(body temperature and pressure saturated)
4 设计依据
民用飞机氧气系统设计依据如下：
a) 飞机研制总要求和飞机总体设计对氧气系统的要求;
b) 适航性要求，其分系统和系统部件应满足的适航要求;
c) 氧气系统可靠性、维修性、安全性、测试性、保障性要求。
5 设计准则
民用飞机氧气系统通常包括空勤氧气系统、乘客氧气系统和便携式供氧设备。便携式供氧设备包括防护性呼吸设备和急救用氧设备。氧气系统的设计应遵循以下设计准则：
a) 空勤氧气系统采用气氧氧源，采用肺式供氧，可供混合氧或纯氧，并具有应急供氧的转换功能。
b) 空勤氧气系统应保证使用者能在 5 s 内用单手把面罩戴好，进入正常工作状态，并具备通讯功能。
c) 高压氧气管路和低压管路应尽可能地短，所有零组件通道和活门的流通面积应尽可能地大，以保证系统供氧流量，减少系统压力损失。
d) 通过给氧气瓶充氧或者更换氧气瓶完成空勤氧气系统补给。
e) 乘客氧气系统一般采用连续式供氧，其气氧源储氧量的设计应满足需供氧的乘客人数和飞行剖面的要求，若采用化学氧源，其供氧流量和供氧时间应与飞行剖面相匹配，化学产氧器内部过滤器应适合于清除氯酸钠氧芯分解产氧过程中产生的微量气体杂质和固体微粒，化学产氧器外表面应采取涂层或其他防护措施。
f) 在正常情况下，乘客氧气系统不工作。紧急情况下， 系统通过设置的高度压力开关自动激活释放位于旅客和乘务员座椅上方以及每个盥洗室内的个人氧气面罩，激活释放过程的时间小于
10 s。当旅客拉下已经释放的氧气面罩放到脸部位置时，应有氧气输出供人呼吸。
g) 防护性呼吸设备应设计成一个封闭的再呼吸设备，防止眼睛和呼吸道免受烟雾和有毒气体的影响，同时设计有通讯功能。
h) 急救用氧设备一般设计成两个出口，其气氧源储氧量确定应保证供氧流量和供氧时间的性能要求。
6 设计内容
6.1 性能设计
6.1.1 空勤氧气系统
6.1.1.1 氧源
空勤氧气系统采用气氧源，其压力应在 2.07MPa～20.68MPa 范围内。
6.1.1.2 气密性
空勤氧气系统各成品、接头及连接管路应气密。
6.1.1.3 储氧量
6.1.1.3.1 对于增压座舱飞机，空勤氧气系统储氧量至少应能在完成 50%设计飞行任务(不少于 2 小时)的时间内满足所有空勤人员呼吸用氧要求。
6.1.1.3.2 对于非增压座舱飞机，在座舱高度超过 3.0 km～4.5 km 时，系统应能向所有空勤人员提供足够的呼吸用氧。
6.1.1.4 氧源供氧流量
如三位空勤人员同时呼吸用氧，氧源在不低于规定输出压力时，其供氧流量应不小于 STPD 状态下的 300 L/min。
6.1.1.5 吸气阻力
面罩内的吸气阻力应符合表 1 规定。
表 1
6.1.1.6 呼气阻力
面罩内的呼气阻力应符合表 2 规定。
表 2
6.1.1.7 供气成份
6.1.1.7.1 混合气
空勤氧气系统输出的混合气其含氧浓度随高度增加而自动增加，见图 1。
注：此条要求与 CCAR-25-R4 §25. 1443 中的(b)条一致。
6.1.1.7.2 纯氧
供纯氧要求如下：
a) 自动供纯氧的起始高度应在 8 km～10 km 范围内;
b) 在任何高度上可手动选择供纯氧。
6.1.1.8 应急安全余压
接通应急供氧，在无流量输出时，面罩内的安全余压值应在 0.2kPa～0.7kPa 范围内。
注：图中，含氧浓度随高度变化的曲线为下限值，即为保持气管氧分压 16.27kPa 时所对应的输出气含氧浓度。
图 1 氧气面罩内含氧百分比与高度关系曲线
6.1.2 乘客氧气系统
6.1.2.1 采用气氧源的乘客氧气系统
6.1.2.1.1 氧源
气氧源压力应在 2.07MPa～20.68MPa 范围内。
6.1.2.1.2 气密性
系统部件、接头及连接管路应气密。
6.1.2.1.3 储氧量
当发生座舱减压时，飞机由巡航高度(或升限)紧急下降至安全高度的过程中，乘客氧气系统储氧量应满足全体乘客在整个应急下降飞行剖面过程中的用氧要求。
6.1.2.1.4 接通供氧高度
民用飞机氧气系统接通供氧高度一般在 3.0 km～4.5 km。
6.1.2.1.5 接通供氧响应时间
从客舱舱内高度达到应急供氧高度起至乘客氧气面罩自由落下时间不宜超过 10 s。
6.1.2.1.6 供氧流量
供氧流量随高度变化曲线参见图 2。
注：此条要求与 CCAR-25-R4 §25. 1443 中的(c)条一致。
6.1.2.2 采用化学氧源的乘客氧气系统
6.1.2.2.1 氧源
采用氯酸盐热分解反应产生的氧气作氧源。
6.1.2.2.2 接通供氧高度
同采用气氧源的乘客氧气系统。
6.1.2.2.3 接通供氧响应时间
同采用气氧源的乘客氧气系统。
6.1.2.2.4 供氧时间
持续供氧时间不少于应急下降时间。
I 区——0 km～(3～4.5)km，呼吸环境空气;
II 区——(3～4.5)km～5.6 km，保持气管氧分压 13.33 kPa、BTPS 状态下肺通气量为 15 L/min 所需的供氧流量;
III 区——5.6 km～12 km，保持气管氧分压 11.17 kPa、BTPS 状态下肺通气量为 30 L/min 所需的供氧流量。
注：图中，供氧流量随高度变化的曲线为下限值。
图 2 单个乘客所需的供氧流量随高度变化曲线
6.1.2.2.5 供氧流量
化学产氧器输出的氧气流量随时间的变化关系应符合飞机紧急下降过程中乘客的应急供氧量要求。其最小供氧流量随供氧时间变化的曲线参见图 3。
6.1.2.2.6 氧气纯度
氧气纯度应达到 99.5%以上，并且不应含有对生理有害的任何杂质。
6.1.2.2.7 化学产氧器表面温度
化学产氧器在工作时所产生的表面温度，不应对飞机或机上乘员造成危害。
注：此条要求与 CCAR-25-R4 §25. 1450 中的(b)条一致。
图 3 化学产氧器的最小供氧流量与供氧时间关系曲线
6.1.3 便携式供氧设备
6.1.3.1 防护性呼吸设备
防护性呼吸设备应满足以下性能：
a) 氧源
防护性呼吸设备采用化学氧源或气氧源;
b) 气密性
防护性呼吸设备应气密;
c) 供气成份
防护性呼吸设备的供气成份应满足 GB 8982 规定的航空呼吸用氧要求;
d) 供氧时间
防护性呼吸设备的持续供氧时间应不少于 15 min。
注：此条要求与 CCAR-25-R4 §25. 1439 中的(b)(5)条一致。
6.1.3.2 急救用氧设备
急救用氧设备应满足以下性能：
a) 氧源
急救用氧设备采用气氧源，其压力应在 2.07 MPa～20.68 MPa 范围内;
b) 气密性
设备及连接管路应气密;
c) 供氧流量
用于伤病人员使用的医疗救护供氧量：在 STPD 状态下的最小氧流量不得少于 4L/min;注：此条要求与 CCAR-25-R4 §25. 1443(d)条、CCAR-23-R3 23. 1443 中的(c)条一致。
d) 供氧时间
急救用氧设备的持续供氧时间应不少于 20min。
6.2 布局设计
空勤人员和乘客供氧的氧源通常分别设置。如共用一个氧源，应有设施优先保证空勤人员用氧，以确保在应急情况下，空勤人员可以获得足够的氧气保证飞行安全;且应为值勤的空勤人员单独保留所需的最小用氧量。
应为乘客在机上可能到达的地方提供应急或医疗用氧。
运行高度超过 7600 m 的飞机，其供氧口的总数应比座位数至少多 10%，多余的配置应尽量遍及整
个客舱内。
注：此条要求与 CCAR-25-R4 §25. 1447 中的(c)条一致。
防护性呼吸设备应易于取得，并按照要求置于实施灭火的机组成员能立即取用的地方。
注：此条要求与 CCAR-121-R4 121.337 中的(b)(9)条一致。
6.3 结构设计
6.3.1 系统承力的零部件应有足够的结构强度。零部件的工作试验压力应不小于最大工作压力乘以验证系数;破坏试验压力应不小于最大工作压力乘以极限系数。验证系数和极限系数见表 3。
表 3
6.3.2 根据供氧能力要求，确定通道、活门的流通面积。
6.4 接口设计
6.4.1 机械接口
系统的机械接口设计应符合以下要求：
a) 系统内成品、附件之间、系统与外部装备、飞机机体之间的交联机械接口应相协调， 并采用标准联接形式;
b) 接口流通面积应满足流通能力的要求;
c) 各接口的形式或规格应不相同，否则应在显著位置标示相关接口的名称或代号。
6.4.2 电气接口
系统与机上其他系统之间交联的电气接口的电连接器选用应符合相关规范的规定。
6.5 安装设计
系统安装设计应满足下列要求：
a) 系统各部件、附件的安装位置应满足使用维护可达性要求， 在机上的安装应保证系统各部件的使用包络面不致妨碍飞机上任何其他系统的使用。
b) 系统氧气开关及操纵装置应安装在便于操作使用的位置，特别是应急操纵装置应确保其能方便操作。显示装置应集中安装在飞行人员等机组人员的视野内，且不应妨碍执行飞行任务。
c) 系统部件应安装在燃油、滑油、液压系统、水/废水系统上方，并保证至少 150 mm 的间隙。系统各部件与飞机其他活动件(除燃油、滑油、液压系统、水/废水系统零部件)之间的间隙应不小于 50 mm，与飞机固定部件之间的间隙应不小于 5 mm (局部允许不小于 3 mm)，与飞机所有导线、高温导管和散发热量的设备之间的间隙应不小于 150 mm。
d) 系统各部件、附件及导管应能承受飞机的振动、冲击及温度变化的影响。在上述条件下， 应固定可靠，不撞击飞机构件，不因摩擦局部发热、发生静电打火和磨损。
e) 氧气瓶应安装在非转子爆破区域，不应安装在靠近散发出大量热量设备的地方，且氧气瓶口不应低于氧气瓶底。
f) 氧气设备和管路安装必须使得所逸出的氧气不致接触和点燃正常工作时存在的或因任何其他系统失效或故障而聚积的油脂、油液或蒸气。
注：f)条要求与 CCAR-23-R3 23. 1451 中的(c)条一致。
6.6 监测、告警、显示设计
6.6.1 在整个飞行过程中，对系统氧气瓶内的压力应进行实时监测，随时显示氧气瓶内的氧容量。当氧气瓶内的氧容量低至预警值时，应立即发出告警信号。
6.6.2 当座舱高度达到接通供氧高度时，应发出用氧告警信号，以便提示所有乘员配戴氧气面罩。告警信号应能自动发出，可以是光电或音讯信号的形式。
6.6.3 驾驶舱内系统工作信息板上应能显示乘客面罩已被释放的信息。
6.6.4 空勤氧气系统应有用氧显示。
6.6.5 乘客氧气系统应有用氧显示。
6.6.6 急救用氧设备应有连续式用氧显示。
6.7 操作及安全设计
6.7.1 操作设计
系统设计应满足下述操作要求：
a) 空勤氧气系统应设有手动选择供混合气或纯氧的操作开关和接通应急供氧的操作旋纽。操作开关和操作旋纽应有标记、定位和防松设计。
b) 乘客氧气系统除设有自动接通供氧装置外，并应在驾驶舱设置一个应急开关，以备系统接通供氧，此外，系统还应设置手动接通机构，以应对意外情况，同时应有防止乘客随意开启的措施。
c) 防护性呼吸设备保护眼睛的部分，不得对视觉有明显的不利影响，还应允许佩戴矫正视力的眼镜。
6.7.2 安全设计
系统设计应满足下述安全要求：
a) 氧气瓶上应设有高压安全装置。当氧气瓶内压力超过 1.5 倍额定充氧压力时，高压安全装置能保证氧气向机外放氧。
b) 安装在氧气瓶上的减压器输出端应设有低压卸压活门。当系统接通、其低压端压力超过 1.3~
1.4 倍正常工作压力时，或当系统不接通、关闭的减压活门可能发生微漏时，低压卸压活门均能保证氧气向机外放氧。
c) 采用气氧源的乘客氧气系统，其高压端进/出口处一般宜设置热补偿件，供氧控制装置上应设计缓开接通机构，以防系统接通过快导致高温起燃。在系统终端供氧管路上应设置泄压孔， 以防系统不工作时，由于系统内部泄漏而在下游造成高压，引起危险。
d) 采用化学氧源的乘客供氧系统，其化学产氧器工作时的表面温度，不应对飞机及机上乘员造成危害。化学产氧器应设有卸压安全活门。
e) 氧气系统的本身、其使用方法以及它对其他部件的影响应均无危害。
注：e)条要求与 CCAR-23-R3 23. 1441 中的(b)条一致。
6.8 环境适应性设计
6.8.1 温度和高度
系统各成品、附件应能承受-55℃~70℃温度条件，应能正常工作。
系统各成品、附件经过最高飞行高度后， 应能正常工作，对于安装在增压区内的系统，还应能承受减压和过压条件。
6.8.2 温度变化
系统各成品、附件经过两个循环-55℃~70℃的温度变化后，应能正常工作。
6.8.3 湿热
系统各成品、附件应能承受高温高湿阶段(温度为 50℃、湿度为 95%)和低温高湿阶段(温度为 38℃、湿度为 85%)2 个周期湿热条件后满足以下要求：
a) 金属结构件允许轻度发暗变黑，但不得腐蚀;
b) 金属结合处无严重腐蚀;
c) 金属防护层腐蚀面积不应超过金属防护层总面积的 20%;
d) 涂漆层应无气泡、起皱、开裂或脱落;除局部边棱处底金属应无腐蚀;
e) 非金属件应无明显的泛白、膨胀、起泡、皱裂以及麻坑等。
6.8.4 飞行冲击和坠撞安全
系统各成品、附件在后峰锯齿波、峰值加速度 A 为 6G，持续时间 D 为 11 ms 条件下进行每轴向三次工作冲击后，应能正常工作。
系统各成品、附件在后峰锯齿波、峰值加速度 A=20G，持续时间 D=11ms 条件下进行每轴向一次的坠撞安全冲击后，允许有弯曲和变形，但安装连接件不应出现破坏，结构应完好。
6.8.5 振动
系统各成品、附件在承受主机规定的振动环境条件下， 应没有内部或外部元件结构损坏的迹象，且能正常工作。
6.8.6 防水
系统中暴露在机壳外的各成品、附件受到喷洒或滴落到其上面的液体水的影响时，应能正常工作。
6.8.7 砂尘
系统中暴露在机壳外的各成品、附件，在承受沿各个主正交轴砂尘气流速度保持在 0.5 m/s～2.4 m/s的条件下，应能正常工作。
6.8.8 霉菌
在承受温度 30℃及相对湿度 97%±2%，持续时间 28 d 的条件下，系统各成品、附件的表面霉菌生长占总面积 30%以下，中量程度繁殖。
6.8.9 盐雾
系统各成品、附件在盐雾沉降率为 1 mL/80cm2 ·h～3 mL/80cm2 ·h 大气条件下暴露 48 h 后，应能正常工作，且外观应符合下列要求：
a) 金属结构件无明显发暗变黑;
b) 金属结合处无严重腐蚀;
c) 金属防护层腐蚀面积占金属防护层面积的 30%以下;
d) 涂漆层除局部边棱处外，无气泡、起皱、开裂或脱落，底金属不得出现腐蚀;
e) 非金属材料无明显的泛白、膨胀、起泡、皱裂以及麻坑等。
6.8.10 磁影响
系统各成品、附件在水平强度为 14.4A/m+10%均匀磁场的磁影响条件下，应能正常工作。
6.8.11 电源输入
系统各成品、附件在施加于电源端的电源输入条件下，应能正常工作。
6.8.12 电压尖峰
系统各成品、附件在来自交流或直流电源线上电压尖峰的影响下，应能正常工作。
6.9 可靠性设计
系统应进行可靠性设计分析和可靠性预计分配等。
系统总寿命和可靠性指标应满足主机对系统的要求。
6.10 维修性设计
维修性设计应考虑以下设计原则：
a) 系统各成品、附件在安装、使用、拆装及试验时应具有良好的可达性;
b) 采用外场可更换单元和内场可更换单元的结构形式;
c) 采取防差错设计措施;
d) 产品拆装尽量采用标准工具。
维修性指标应满足主机对系统的要求。
6.11 安全性设计
系统的设计应保证其在运输、贮存、维护和使用时安全可靠。为防止氧气与油类接触而发生火灾或爆炸，系统各部件、附件的所有零件均应除油，并在装配前用干净的压缩气体吹干零件表面。
6.12 互换性设计
系统同一型号或代号的成品、附件在功能和尺寸上应具有互换性。
7 设计程序
氧气系统设计程序流程图见图 4，具体设计程序如下：
a) 按本标准第 4 章和总体设计要求，进行总体方案设计;
b) 按本标准第 5 章、第 6.2 条要求，进行结构布置、初步方案设计和新技术运用分析和论证;
c) 方案评审;
d) 结构细节参数确定;
e) 按本标准第 5 章 e)条要求进行选型试验;
f) 新材料、新工艺试验和功能试验;
g) 详细初步设计;
h) 按本标准第 6 章要求进行氧气系统及成品的详细设计，包括性能设计、布局设计、结构设计、接口设计、安装设计、监测告警显示设计、操作及安全设计、环境适应性设计、可靠性、维修性、安全性及互换性设计等;
i) 按本标准第 8 章要求进行设计验证，包括演示验证和系统联试。
方案评审
选型试验
详细设计
设计验证
图 4 氧气系统设计程序8 设计验证
8.1 验证项目
民用飞机氧气系统设计验证包括演示验证和系统联试验证。
8.2 验证要求
8.2.1 演示验证
氧气系统演示验证包括：
a) 空勤人员取出快戴式氧气面罩，检查能否在 5s 内用单手把面罩戴好，进入正常工作状态，并检查其通讯联络功能;
b) 空勤人员通过驾驶舱操纵面板上的应急选择开关手动下放旅客氧气面罩，观察显示器的告警和指示信息;
c) 当系统氧气瓶内氧容量低至预警值时，或是当座舱高度达到接通供氧高度时，检查系统是否发出相应的告警/显示信号;
d) 向空勤氧气系统输入规定的氧气压力，戴上面罩呼吸，检查用氧显示功能;
e) 向乘客氧气系统输入规定的氧气压力，戴上面罩呼吸，检查用氧显示功能;
f) 机组人员使用和穿戴驾驶舱内的防护性呼吸设备，验证其可达性;
g) 向急救用氧设备输入规定的氧气压力，戴上面罩呼吸，检查连续式供氧显示功能。
8.2.2 系统联试验证
系统联试验证一般应包括以下内容：
a) 气密性;
b) 空勤氧源供氧流量;
c) 吸气阻力;
d) 呼气阻力;
e) 供气成份;
f) 应急安全余压;
g) 接通供氧高度;
h) 接通供氧响应时间;
i) 乘客氧气系统供氧流量;
j) 防护性呼吸设备供气成份;
k) 急救用氧设备供氧流量。
