氧氣罩下的原理：戰機供氣系統

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氧氣罩下的原理：戰機供氣系統
2017年04月25日 江飛宇(中時電子報)


美國海軍教練機T-45有供氧的問題，不少飛行員感到不適。(圖/美國海軍)
美國海軍航空隊最近諸事不順，T-45蒼鷹教練機(Goshawk)不斷的被投訴供氣設備出了問題，以致飛行員集體罷飛，但是海軍卻又查不出明顯的機械原因。更糟的是，現役戰機F/A-18大黃蜂(Hornet)也傳出類似問題，真的使美國海軍困擾不已。

防衛即時報(Breaking Defense)報導，一開始是1組飛行員(1名教官與1名學員)投訴，當他們駕駛T-45教練機在高空飛行時，會有「輕微頭痛」類似高山症的情況， 不過在那一場的訓練過程中，92名飛行員只有1組出現這個問題，因此海軍醫生認為，頭痛僅只是因演習訓練造成的心理壓力。但是在當消息傳出來以後，愈來愈多的T-45飛行員也提出了類似的情況，他們先前是自己隱忍沒有呈報而已。同時，F/A-18的戰鬥機飛行員也出面投訴，顯然已不能簡單的視為個案與壓力因素了，因此美國海軍決定謹慎應對，限制訓練飛行的高度與G力，飛行高度限制在3千公尺以下，G力最高不得超過4G。

當然這只是權宜之計而不是治本方法，找出供氣設備的問題才是上策，因此美國海軍舉行特別會議，以瞭解飛行員的各種意見。


現代戰機都會飛到極高的空域，因此呼吸面罩要能提供足夠的新鮮氧氣。(圖/美國空軍)
在1950年代，戰鬥機剛剛進入噴射時代時，當時戰鬥機會使用瓶裝液態氧(LOX)為飛行員供氣，包括F-86、F-104戰機都是如此。但是瓶裝液態氧體積很大，存量也有限，會限制飛行員的巡邏時間，而且要是在作戰中，液態氧瓶被擊中也有爆炸的危險，因此後來就發明機載製氧系統(On-Board Oxygen Generation System,OBOGS)，這系統是在由飛機的引擎進氣口導氣，經過壓縮與過濾，供應給飛行員呼吸，因此只要飛機持續飛行，座艙裡都會有足夠的氧氣。這種供氧方式也應用在直升機、運輸機和長程客機當中，這個技術已相當地成熟。


機上製氧設備的意示圖，空氣從引擎進氣口而來，經過壓縮和過濾提供給飛行員，並帶起飛行員吐出的二氧化碳。(圖/F-16.NET)
因此，飛行員要是覺得呼吸困難，其中一種原因就是在過濾空氣的環節中出了問題，可能是空氣遭到汙染，以致引擎產生的廢氣(特別是一氧化碳)混進了供氧系統當中。但是最近T-45教練機飛行員的證詞是，當飛機降低到3000公尺以下的空域時，情況就會好轉，因此這不像是空氣遭到汙染所造成的。

T-45、F/A-18的供氧問題似乎還不太相同，先前說到供氧系統從瓶裝液態氧換成機載製氧，但是為防萬一，仍然保留了瓶裝液態氧做為製氧設備故障時的備用。在F/A-18的供氧問題上，飛行員在改成瓶裝液態氧就會好轉，但是T-45教練機即使換成瓶裝液態氧仍然沒用，頭痛依然持續。

飛機老舊可能是問題核心， T-45機隊的平均年齡是17歲。早期的T-45A製造於20世紀80年代末和90年代初，其中69架仍然在使用，雖然多數已升級至T-45C水準的電子設備。但是供氧設備不屬於性能提升的部分。而且T-45交付時間差距很大，這意味著T-45的年齡差異很大，從8年到20年不等，目前還沒有人提到機齡與供氧問題的相關性。

供氧設備之所以這麼難調查，因為缺乏客觀的量測機制，目前的證據都來自飛行員的感受，但是人的感受各不相同，有些人渾然不覺，有些人就特別難受。難受的原因究竟是壓力、疲倦，或者真的是氧氣問題也不容易判斷。

因此美國海軍醫療單位建議，似乎有必要設計供氧設備的空氣品質檢測器，至少氧含量與有毒氣體比例能夠實際呈現，取得可信的線索，才能找出原因。


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      原以為機載製氧系統(On-Board Oxygen Generation System,OBOGS)是未來的趨勢，但這幾年很多飛機的機載製氧系統都發生類似問題案例，看來要使用一種新系統需要經過多年的嚴格測試，才能成為可靠的新系統。

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n8548503

請問，客機 在高空時 氧氣是如何產生?
我原以為 戰機 飛行員，氧氣是靠高壓液態氧供應。

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n8548503 發表於 2017-4-30 14:30  
請問，客機 在高空時 氧氣是如何產生?
我原以為 戰機 飛行員，氧氣是靠高壓液態氧供應。 ...

噴射機由於發動機運作原理的不同，需在10,000至15,000公尺的高空中才能達到最佳推進效率。除此之外，為配合高空飛行時的氣壓降低，噴射客機大部分都配置有加壓艙，而駕駛噴射軍用機的飛行員，則需要穿戴具有加壓功能的飛行服及飛行面罩。(維基百科)
飛機在高空飛行時，或在熱帶地區、寒冷地帶進行全球性飛航時，必須接受冷熱的變化，這時就需靠冷暖氣系統（Heating & cooling system）。噴射客機的機艙內冷暖氣產生的方式，是將壓縮機所產生的高溫空氣，用機艙外的冷空氣加以冷卻，之後使其斷熱膨脹，再將冷空氣與從發動機引進的熱空氣混合，而得到適溫的空氣。
壓縮空氣是由發動機壓縮時抽取的空氣（Bleed air），或從輔助動力單元(APU)所取得。剛取得的壓縮空氣源為高溫高壓，用流量調節閥（Flow control valve）調節其流量，經空氣冷卻單元（Air cycle unit）調節其溫度，再經除濕機（Water separator）除濕，送入機艙。空氣冷卻單元是利用斷熱膨脹的空氣循環機（Air cycle machine）及熱交換器（Heat exchanger）所組合而成的冷卻裝置。(飛訓聯盟)

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n8548503 發表於 2017-4-30 14:30  
請問，客機 在高空時 氧氣是如何產生?
我原以為 戰機 飛行員，氧氣是靠高壓液態氧供應。 ...

戰機飛行員在一般飛行時，座艙就有空調和加壓，需要氧氣時才由高壓液態氧桶對氧氣面罩供應氧氣。
新的飛機才漸漸使用機載製氧系統(On-Board Oxygen Generation System,OBOGS)。
順道一提的是在高空彈射椅彈射運作時，彈射椅上也有一個小的氧氣桶，使飛行員在高空彈射時有氧氣可吸。

Andy_0109

不知能不能把潛水艇深潛海底多日的造氧技術轉移到飛機上

n8548503

Andy_0109 發表於 2017-4-30 20:49  
不知能不能把潛水艇深潛海底多日的造氧技術轉移到飛機上

不一樣東西。
潛艇 製造氧氣方式，就是電解，用 直流電 電解 水，一端產生 氫氣，排放在海中，另一端氧氣。問題是，海水中有無限量 水。

要把太空站 製造氧氣技術，用在戰機上。

Andy_0109

n8548503 發表於 2017-4-30 23:21  
不一樣東西。
潛艇 製造氧氣方式，就是電解，用 直流電 電解 水，一端產生 氫氣，排放在海中，另一端氧氣 ...

不一樣東西。
潛艇 製造氧氣方式，就是電解，用 直流電 電解 水，一端產生 氫氣，排放在海中，另一端氧氣。問題是，海水中有無限量 水。

要把太空站 製造氧氣技術，用在戰機上。

怎麼不把太空站裡製造氧的技術，用在戰機上？
太空站裡空間和重量的要求比戰鬥機更高