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回家之路 ——小议飞行员遇险之时的航空救生技术

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发表于 2014-4-9 10:37 | 显示全部楼层 |阅读模式

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回家之路
——小议飞行员遇险之时的航空救生技术
火心2000
前言
自从人类开始驾驶飞机上天,遇险救危的问题就成为了一个十分重要的话题。在飞机无可挽救的情况下,如何保障飞行员的安全成为当今世界任何一个拥有战机的国家都不得不面对的问题。现代战机由于技术含量高,价值都不菲,可以说“用黄金堆积起来的”,而飞行员则可以用“钻石打造出来”来形容。因此,飞机的弹射救生技术一直都摆在与战机开发同等重要的位置。
随着“辽宁”舰入役及J-20的翱翔蓝天 ,我国海空军基本步入世界一流行列,特别是J-15舰载机的横空出世,宣告我国海军正式进入航母上时代。作为航母攻防关键的舰载机将会成为敌人重点打击对象,而在茫茫大海上,舰载机飞行员的救生问题也就成为我国科技人员又一个新的难题。那么我国在飞行员,特别是舰载机飞行员的弹射救生领域已经准备好了吗?
在100多年前,飞机上天后不久便出现了飞行事故,牺牲了一名飞行员。后来降落伞的出现,拯救了上万人。二战时,苏联有几个飞行员跳伞十几次,获救后再上蓝天,有的后来还成为了苏联英雄或王牌飞行员。这时期的飞行员救生主要依靠降落伞救生。那是因为当时的飞机动力系统基本都是螺旋桨驱动,速度相对降低。飞机的飞行速度超过250km/s,飞行员在座舱内向外跳伞,需要具备熟练的技巧和经验,并需要花费一定的时间和较大的体力才能离开飞机。不过随着喷气式飞机的问世,飞机飞行速度增加许多,飞行员离机的阻力增大,花费时间也会增多,不能直接单靠降落伞救生了。
因为,高速飞行遇到了几个问题:
1、飞机高速飞行时,迎面气流使飞行员已无力爬出座舱。在飞行速度超过400km/s时,克服迎面气流的压力就超过人的体力极限了;
2、在这种速度下,即使飞行员爬出座舱,可急速吹来的气流会将飞行员吹走,使人体与机翼、水平尾翼或垂直尾翼相撞,从而造成对人体的伤害;
3、当飞机处于低空200米,速度超过200km/s时,如果没有弹射救生装备,就很难保证飞行员的安全。在需求面前,弹射座椅在战火纷飞的二战时期出现了。
弹射座椅主要包括座椅结构、救生伞系统、弹射动力系统、稳定系统【出舱稳定装置和稳定减速伞】、电子程控系统、飞行员约束和高速气流防护系统、弹射通道清楚系统、机上救生装置、以及飞行员生存营救设备等。
20世纪40年代初,在战争的促动下,德国人首先把弹射座椅作为军用飞机的救生装备。为了使弹射座椅技术不断完善,在血的教训基础上,经过理论上的探究,解决了以下几大难点:
A、将人/椅弹离飞机一定的高度、速度;
在众多飞行事故中 ,弹射救生往往发生在低空,因此要解决弹射救生问题,首先要面对弹射高度不足的问题。如果没有弹射高度,飞行员就是被弹射系统弹射出去,降落伞因无足够的高度也无法完全打开,飞行员仍然会坠落摔伤摔死。因此,弹射座椅在加装弹射筒时,也加装了助推火箭,负责出舱阶段。因为该阶段用火箭效率低,没有速度,推进效率低。出舱1米后,火箭接着点火,继续弹射座椅向上。当然,为了保障飞行员的人体承受能力,火箭采用等面燃烧且缓燃,将弹射座椅再助推到一定高度,以保证降落伞安全打开。为了安全起见及容易保存,火箭燃料都会采用固体燃料。有的在椅盆下安装火箭包,有的在椅背后安装椅背火箭包,多种多样。世界上研制弹射座椅的主要国家的弹射动力大部分都是这样的。
弹射座椅在有了一定高度时,若没有速度控制也不行。例如,可以控制座椅在过高速度时不开伞;只有4000米以下方才打开。但没有方法控制速度,速度高或低都经历一个固定的延迟时间开伞。但速度高时是不可能开伞的。如果开了,降落伞会被气流撕破,需要减速。因此需要速度控制。也就是后来弹射座椅提出的“双态”:既然高度控制又要速度控制。这也是三代弹射座椅的重要性能特征之一。
B、弹射人/椅时,作用于人体的过载应适度;
要使人/椅安全弹射出飞机,且要脱离飞行机体的伤害,所需要的弹射速度是相当大的。根据国际经验,这个速度基本控制在15~18米/秒范围内。同时,人/椅在座舱内弹出后的轨迹非常短,所以弹射的加速度非常大,可以达到150~200米/秒,持续时间较短,仅有0.12~0.18秒。当初速度为零,终速为16米/秒,增速路程为0.8米时,其平均加速度为160米/秒,过载达到了16.3G,也就是说,人/椅弹出飞机座舱时,作用于飞行员身体上的平均力量比他体重大16.3倍。举个例子说,一个体重90KG的飞行员,作用其身体上的平均力量达到了1470kg。如果飞行员已正确姿态坐在座椅上,还是可以承受这样的过载。因为作用时间十分的短暂,只有0.12~0.18秒。
C、过载对人体生理的影响;
为了弹射救生的安全可靠,必须要妥善解决过载对飞行员的人体伤害。
当过载对人体躯干作用时间过长时,会引起血液大量流动。如果过载对人体作用时间超过1秒以上,就会破坏人体血液循环。作用时间少于0.5秒,由于血液的惯性,血液循环的破坏还来不及损害人体组织。所以,容许过载的大小取决于作用时间。就是说,过载延续时间愈长,愈难忍受。如坐在座椅上的飞行员,当过载是“头——骨盆”的方向,过载作用时间为1秒钟时,人体能承受大约7~8G这样的过载;若过载作用时间为0.2秒,则人体能承受的过载为18~20G这样。人体在承受大过载时,就像受到一种冲击,使全身振动,尤其是头部和躯干。
当过载作用时间超过0.5~1.0秒时,它的作用方向就很重要。因为血液从人体脑部向下流。人体能承受较大过载;若血液从人体下部流向脑部,则人体只能承受较小过载。因此,为了使飞行员能承受加大过载,最好过载能逐步增加。
D、弹射时气流【速压】的影响;
从飞机应急弹射救生开始,外面的气流会给予人/椅一定的压力,不克服这种压力,人/椅是不可能弹离飞机的;而且气流还会对飞行员的脸部、呼吸道造成伤害以及损伤头盔、服装等。
气体的压力随着飞行表速的增大而增加。其变化见下:
•空气中的灰尘可能损坏脸部和眼睛;
•呼吸感到困难和异常。可能损坏呼吸器官;
•气流可以带走人体皮肤大量的热量,使人体感到骤冷。
气流作用于穿着个人防护装备的飞行员。也可能发生以下不良情况:
•气流可移动或吹掉与飞行员生命攸关的头盔与供氧面罩;
•飞行员穿的抗荷服或代偿服可能被损坏而失去保护作用:
•当表速超过600千米/小时。气流能把飞行员的脚从脚蹬板上吹掉;如果表速超过700千米/小时,可能引起飞行员膝骨关节韧带伸长;如果表速超过1000千米/小时以上。飞行员的头部、四肢都需要防护和固紧。
弹射座椅发展历程
1917年 ,法国首先把降落伞应用于军用飞机,正式拉开了航空救生的序幕。1938年,德国开始研究橡皮筋动力的弹射座椅。到二次大战末,战斗机时速已经提高到了600km/s以上,飞行员跳伞需要冒着被强风吹倒或撞到飞机尾翼上的生命危险。于是以火药为动力的弹射座椅问世了。1950年代,弹射救生技术正式开始应用于军用飞机。到目前为止,已经经历了四个发展阶段/或四代。
第一阶段:这个阶段大约从1940年代中期到1950年代中期。
这一时期的座椅为弹道式弹射座椅,以弹射出座舱为目的。主要解决了飞行员在高速条件下的应急离机问题。这代的座椅动力只有弹射筒,最开始是两节,后来是三节。筒内装有火药。火药筒内装有管形药柱,等面燃烧,产生很平滑的推力。这一代座椅最后虽可做到零高度救生,但不能做到零高度、零速度救生。因为光靠弹射筒弹射的高度不足以打开降落伞,飞行员无法安全落地。所以第一代弹射座椅只解决了高速离机问题,但没有解决低空救生问题。这一代的弹射座椅的典型代表有英国的MK1、MK5、苏联的米格-15、米格-17的弹射座椅等。
第二阶段:大约从1950年代中期到1960年代中期。
针对第一代弹射座椅没有解决低空救生问题,第二代弹射座椅把火箭作为弹射座椅的第二节动力。在第一级动力弹射机构作用下,把人/椅系统推出座舱后,由火箭继续推动人/椅系统向上运动,使其具有更高的轨迹,以解决零高度—零速度时的弹射救生问题,并可以在更高的飞行数度【1100km/s】下应急弹射离机。
第三代:大约从1960年代中期开始一直持续到今天。
这一代属于多态弹射座椅的发展时期,其主要特点是采用速度传感器【电子式/机械式】,根据应急离机的飞行速度的不同,救生程序执行不同的救生模式,从而缩短了救生伞低速开伞的时间,提高了不利姿态下的救生成功率。国外现役的机种装备的弹射座椅基本都属于第三代弹射座椅。目前,国外装机服役的第三代弹射座椅主要代表有:苏俄的K-36系列、英国的NACES【MK14】和M16。三代座椅基本解决了音速以下的包线救生,但超音速的只有苏俄的K-36系列座椅能达到1.2M,使用仍然受到限制。
第四代:始于1970年代末期,因与第三代的后期相互交织在一起,平行地向前发展。
这代的主要特点是实现人/椅系统离机后的姿态控制,其关键技术是可控推力技术和飞行控制技术。第四代的最终目标是做到“自适应”;高度、速度、姿态能够自动控制程序修正姿态。
1984年,美国开始了为期5年的乘员弹射救生技术【CREST】计划,目标更先进,其宗旨是研制出一些先进技术,如高速气流防护技术、可变推力【方向和大小】技术、飞控技术、生命威胁逻辑控制技术等,以减少乘员弹射的死亡和重伤的概率。不过美国虽然投入了大量的人力、财力、物力,但至今仍未有阶段性成果问世,离装备尚有一段路要走。
其实,真正的第四代弹射座椅还没有出现之前,苏俄就已经研制了所谓的“三代半”弹射座椅了。其特征就是实现部分的“姿态控制”。此前的第三代只能解决了高度、速度控制,但在姿态控制方面并未取得实质性突破,说白了就是在复杂姿态下救生能力低。
之所以第四代弹射座椅不能取得突破性进展,是遇到了最大的难题,就是弹射出的人/椅无法“感知天地”,尤其是夜晚。比如倒飞时弹射,座椅最好能自己转正向上。但它怎么能感知自己现在是倒飞还是正飞?美国试验过依据大地辐射原理,靠微弱辐射来感知。但在目前仍没有一个简便易行的方法来判断座椅的姿态,并及时输入到座椅的控制程序中。当然,若能够将飞机的数据等信息输入到座椅中最好,美国MPES飞机研究了30多年依然未找到头绪,研发成果仍不成熟,离应用目标仍有相当长的距离。总之,各种姿态、全包线范围的救生是下一步面临的课题。现在俄罗斯声称他们已经在3.5代座椅方面取得突破,不过根据公开信息可知,这个3.5代座椅仍不能进行俯仰控制,如何找准方向,仍是一个难题。
同时,还要解决各种难题。如高速度时的激波问题、高空缺氧问题、寒区救生问题、两机相撞时的救生、预警机制的建立等。这些任何一个问题都足够设计师头疼了的。当然,第四代弹射座椅还需要达到性能好、重量轻、成本低。估计,以目前的研发进度,在10年之内都不会有实质性的突破。
正是因为弹射座椅之于一款飞机的重要性,因此各国对弹射座椅都投入了巨大资源,希望能为飞行员找到一个可靠而安全的“回家系统”。不过弹射座椅的技术含量之高绝不是一般国家所能涉足的。纵览世界,能制造飞机的国家有几十个,能制造高性能的航空发动机只有5个——美俄英法中。若放宽条件,则能达到9个,但能独立研制弹射座椅系统的只有5个国家,其中能研制第三代弹射座椅的只有4个——美俄英中。这点连在高科技领域一向心高气傲的法国人都不能做到,可见其难度之高。弹射座椅的研制需要很多实验设施。这些设施无一不是耗资巨大,科技含量高的离谱。其中有一个重要的地面试验设施就是火箭橇滑轨试验场。这个设备最早只有美国一家独有,现在也只有联合国五个常任理事国才有。最长的设备、最完整的滑轨试验场都是在美国。这个试验设施体现先进性的方面有:轨道长度、承载能力【轨要非常的结实】、几千米长的重轨要求全部焊接连接、精度要求高、地基要做好、选址要求高,投资也是高的咋舌。
国际上在弹射座椅领域公认的最先进的国家当属俄罗斯,紧跟其后的是英国。特别是俄罗斯,其在弹射座椅的硬性指标——在大速度下能安全救生,所有的西方的弹射座椅都达不到超音速这个指标。俄罗斯的K-36系列不仅能达到超音速,在实战中的表现也是十分的理想。根据西方的一般规范,弹射座椅的弹射上限速度为1100km/h,美国的军标就是这么要求的。西方也没有这方面的试验设备,如超音速飞机和高速吹袭设备。但俄罗斯在这方面却是应有尽有。西方得益于整体科技实力的领先及电子工业的先进,在控制系统方面比俄罗斯好,但在大速度救生能力方面却不如俄罗斯。俄罗斯的“星星”科研生产联合体,完全靠自己的力量建立了一个体系。它是一个航空航天联合体,一般不搞大批量生产。但其技术水平绝对是当今的NO.1。其代表性作品有K-36系列弹射座椅。
K-36系列弹射座椅为苏联星星科研生产联合体于1960年代中期研制成功的第三代弹射座椅。目前已生产了12000多台,并形成了独联体各国的通用系列化座椅。其突出特点是稳定性和高速性好。真正让K-36系列弹射座椅名扬天下的是1989年的巴黎航展期间,一架装备K-36座椅的米格-29战机在作机动飞行表演时,因发动机故障造成飞机失速坠毁。在极其恶劣的条件下,飞行员应急弹射成功,安全获救,使K-36系列救生装置名声大振。后来仍在巴黎航展上,一架装有K-36座椅的苏-30战机因发动机突发故障,失事坠毁,而K-36座椅再次挽救了飞行员的性命。可以说,这两次飞行事故为K-36系列座椅做了绝佳广告。
提到高性能试验设备就不得不说起俄罗斯的米格-25战斗机。在最拉风的年代,米格-25战机曾创下凭借高速甩掉空空导弹的经典桥段。俄罗斯对米格-25战机进行针对性的改装,便可轻松达到2倍音速,这是绝佳的超音速弹射座椅试验设备。俄罗斯风洞速度也达到了超音速,且是开口风洞。美国的风洞出口速度只能做到600海里/小时【1200km/s以下】,达不到1400km/s【1.2倍音速】的技术要求。当年我国在研制HTY-6座椅时,因无类似试验设备,只好借用俄罗斯的风洞做了超音速试验。
正是因为美国在超音速方面不如俄罗斯,所以美国在研制下一代战机时,觉得美国、英国的弹射座椅都无法满足要求,就看中了苏-27系列的标配座椅K-36座椅,希望能在K-36上综合俄罗斯技术研制新的弹射座椅。为了验证K-36座椅,美国出资购买了11台改进的K-36座椅,分别用美俄两国的风洞试验设备和假人做了试验。该座椅在美国的霍罗曼空军基地做了6次试验,试验时,滑轨上方一个座舱可以转动、俯仰、能试验比较多的姿态。同时,俄罗斯利用改装的米格-25做了2.5M的试验及在超音速风洞中做了1420km/s【相当于1.2M】的试验。在这么大风速下,一般座椅早就被吹散了家,但K-36仍能达到要求。美国通过在美俄两国的试验表明K-36-3.5座椅能承受过去在技术上认为不可行的环境,即高速条件下提供优越的高度稳定性和高速气流防护,并且它能承受加速损伤是最小的。它在1350km/s时的情况下的弹射加速环境只与美国F-16、B-1等飞机广泛使用的道格拉斯公司ACES座椅在840km/s的加速环境相当。K-36-3.5座椅在这些实验条件下的性能,优于美国空军目前使用的所有弹射座椅。K-36系列一系列“华丽丽”的性能让明争暗斗多年的死对头都低下了高贵的头颅。由此可见K-36系列座椅性能的“拉风”。随后,美国又向俄罗斯提出进一步减轻座椅重量,一次减50磅,另外要适应更广泛的不利姿态等。星星联合体根据美国的要求,利用取得的最先进科技对K-36进行了针对性改进,基本达到了美国人的设计要求。K-36-3.5的性能之华丽绝对是当今世界的NO.1。但毕竟美俄政治立场问题,最终仍未能远渡重洋装备美国。不过,K-36-3.5座椅被当今第一强国美国人看中,这个广告不亚于当年几次航展上的宣传。
K-36-3.5座椅之所以能脱颖而出,那是它妥善解决了高速弹射问题。高速弹射时,特别是超音速弹射,失去座舱保护的飞行员若不能解决高速气流问题会承受巨大的人体伤害。而K-36-3.5为了安全起见,采用一套独特而有效的防护装置。座椅弹出后立刻从座椅下伸出一个中央导流板,挡在座椅前面,形成激波,有效改变气压分布,保护飞行员避免形成正面气流冲击。然后,挡臂装置放下来把飞行员的两个手臂挡在里面,从而对形成犹如一个“铁笼”一样的保护装置,将飞行员保护在中间,免受外面恶劣环境的影响。再加上坚固的头盔,避免飞行员头部遭受撞击,而能承受高达2.5M的冲击的坚固座椅也是保护飞行员的重要装置。
在高速弹射时,许多座椅不稳固,翻滚剧烈,将飞行员甩的导致死亡。而K-36-3.5却十分巧妙的解决了这个问题。在座椅两边向后分别伸出两根很长的杆子,杆子较长,增加力臂,有效扼制座椅翻滚。同时,在每个杆子的前端都带有小伞,无论俯仰、转弯都有一个恢复力矩,用以在立着的姿势稳定。再加上K-36-3.5出舱时就只有较小的初始低头力矩,可以有效的保证座椅出舱时的稳定性。飞行员在这个状态下能承受过载可以达到30G,而过去是靠一个稳定伞来拉开,但只能承受20G,如此措施让K-36-3.5座椅出舱就十分稳定,可以有效的保护飞行员。
当然,K-36-3.5座椅能取得如此高的评价,并不是一蹴而就,而是苏俄在多年的实践、积累中,依靠多年的一点点积累而取得来的。苏联在K-36-3.5座椅之前,有过很多型号,如K-24、K-34等。正是由这些初始型号的每一个进步,才有今天的辉煌。K-36-3.5的水平达到了冠绝全球的高度,其总设计师谢维林院士功不可没。正是在此君的带领下,星星联合体才能领跑弹射座椅领域。此君因在弹射座椅领域的特殊贡献,后被俄罗斯总统普京亲自接见过。不过,因弹射座椅发展到了技术瓶颈,最近俄罗斯在这个领域的研制方向有一定的停滞。
星星联合体在弹射座椅领域一枝独秀,而西方国家在这一领域也是不甘示弱。特别是英国的马丁•贝克公司。世界上最早的弹射座椅出现在二战末期的德国。德国战败后,德国众多的科学家遭到战胜国的瓜分,从而开启了弹射座椅新的发展大幕。其中英国的马丁•贝克公司就趁此良机在西方该领域崭露头角。马丁•贝克公司刚开始只做英国国内市场。不过此时的英国已经失去了当年日不落帝国的风采,其国内战机市场越来越小。马丁•贝克公司只好将目光投向海外,特别是“有着特殊关系”的美国。此后,马丁•贝克公司在美国军方强悍一时,抢走了大量美国军方的弹射座椅市场份额,最终将马丁•贝克公司推向西方在该领域的第一宝座。其实马丁•贝克公司能取得如此名气,是因为它抓住了几个机遇:
第一个机遇,抓住零高度。代表型号MK5。
马丁•贝克公司刚开始对MK5有着十分的把握,不过当时的军方对此却并不感冒。因此马丁•贝克公司就用了真人加以弹射。马丁•贝克公司这种绝对的安全把握把所有在场的人都惊呆了。当然也打动了政府和军方的心。不过因英国军机市场的狭小,马丁•贝克公司将目光投向了美国,特别是美国众多的舰载机。长期以来,美国的航母战斗群一直都是美国国力的最好代言人。几十艘航母搭载的数以千计的舰载机比英国所有战机数量多的不止多少倍。若是能打开这个市场那马丁•贝克公司就真的“发大财”了。这次马丁•贝克公司依然采用真人演示,只是载体换成了汽车。汽车在航母甲板上高速行驶,最后落水,但人安全弹射,惊险刺激而又安全稳定的表演立刻打动了美国海军,雪花般的订单飞向了马丁•贝克公司。同时,法国生产的“幻影”系列战机的弹射座椅也采用了MK5系列弹射座椅。一时间马丁•贝克公司赚得盆满钵满。
第二机遇是MK14座椅。这个型号采用微机“双态”控制,妥善地解决了“零高度、零速度”问题,占领了美国F-14、F/A-18的弹射座椅市场。同时也占领了法国的幻影2000、欧洲联合设计的“狂风”战机市场。
第三个机遇是MK16座椅。这个型号是从1990年初开始研制的新式弹射座椅。主要特点是弹射机构与座椅骨架为一体化设计,不仅重量轻,而且结构紧凑,电子控制系统既能感受离机后的信息,也可以与飞机数据总线相接,感受飞机的各种信息,以实现自动弹射离机,可以说是将高性能、轻重量、低成本三者完美的结合起来了。目前已装备了欧洲的“台风”、“阵风”、F-35等机种。
人/椅怎样弹射救生
人/椅弹射救生系统根据飞机飞行员人数多少及座舱布置分为单座弹射、串列双座弹射和并列双座弹射三大类别。弹射座椅按照弹射方向分为向上弹射和向下弹射,但一般均采用向上弹射方式。不过也有向下弹射的。例如早期的图-22战机。图-22的这种弹射机构因从飞机的底下弹出就不考虑飞机尾翼的问题,所以弹射的过载比向上弹射的过载要小得多。但这种方式并不适用于所有飞机。因为飞行员的座舱下方经常安装有各种设备;离机时飞机的飞行高度不能太低;过载作用方向是“从脚到头”,不利于飞行员的生理规律。因此,这种向下弹射方式在后期就被放弃了,均采用向上弹射模式。
早期的弹射救生系统因飞机速度不高,主要依靠弹道式弹射器【弹射筒】弹离飞机,这种座椅又称为弹道式弹射座椅。这种方式完全依靠弹道式弹射器的弹射座椅可将人/椅弹离飞机,并越过飞机垂尾。同时又能保证飞行员不会因为过大的弹射过载而受到伤害。不过,后来随着发动机技术的进步,飞机的速度越来越高,有的军用飞机的速度甚至达到了3M。因此,针对早期飞机速度不高而设计的弹道式弹射器已不适用了。于是,火箭弹射座椅用运而生。
在火箭弹射座椅领域,美国凭借雄厚的国力先行一步。1958年,美国将一枚火箭发动机与弹道式弹射器组合在一起,发明了火箭弹射座椅。火箭弹射座椅的原理是以弹道式弹射器作为初始的助推段,将人/椅弹离飞机,继而以弹射火箭作为续航段动力,继续提升人/椅的高度,确保越过飞机垂尾,并达到安全开伞的高度。人/椅离机后的稳定一般依靠稳定伞,飞行员的安全降落则依靠救生伞。当然,人/椅在弹射过程中过载不能过大,否则会损伤飞行员的人身安全。
标准的向上弹射系统的弹射过程是这样的:飞行员拉动弹射手柄,首先抛掉座舱盖,安全带系统和弹射动力系统随即启动。弹射器击发后推动座椅上升,而安全带系统工作后,飞行员的肩膀被拉紧,其两腿收回并固定;护臂装置展开以限制双臂偏摆,并将飞行员肢体定位锁紧,以避免飞行员在弹射和高速气流吹袭后受伤;座椅弹射出舱后,稳定系统弹出并展开,座椅遂稳定和减速;在座椅降到规定的、能安全释放降落伞的高度和速度后,分离系统打开安全锁,人/椅分离,拉出降落伞,飞行员乘救生伞着陆。
随着飞机的飞行速度越来越高,飞行员在大速度时的弹射救生的安全措施成为弹射座椅设计师不得不面对的一道大难题。在大速度【特别是超音速时】采用敞开式弹射系统,若没有良好的防护措施会导致飞行员伤亡。早在1946年,有识之士就曾考虑过这个问题,并根据实际情况提出了密闭式救生装置。经过几年的准备,在1950年代初正式开始了这项工作。1950年初,美国古德伊尔公司为美国海军研制出第一个救生舱,但因技术原因并没有得到订单。而铁幕另一边的苏霍伊设计局在1949年开始设计超音速飞机苏-17时在分离座舱设计中曾考虑利用炸药使包括座舱的机头部分与机体分离,分离的机头减速后,再利用弹射座椅救生。不过因多种原因,该方案也未被采用。
在早期,密闭式救生系统能有效的保护飞行员的安全,得到了充分的发展。经过技术的发展,在飞机上实际使用过的密闭式救生装置曾有以下三种不同式样;
第一种:密闭式弹射座椅;
该座椅的外形与标准的弹射座椅差别不大,安装在飞机的驾驶舱内。正常飞行时,密闭门是敞开的,飞行员可以正常操纵飞机。应急时,密闭门首先关闭,把飞行员密闭起来。然后再抛掉飞机舱盖。靠火箭推力把座椅推出飞机。密闭座舱进入大气以后,首先稳定减速,接着打开降落伞;飞行员则一直坐在座椅上,安全降落后飞行员才打开密闭门离开座椅。如果在陆上降落,座椅底部的减震气囊起缓冲作用;如果在海上降落,该座椅还备有飘浮气囊,保证座椅能在海上飘浮。这种密闭式座椅只容纳一名飞行员,多座轰炸机要像配备一般座椅那样,给每个乘员各配备一个。这种密闭座椅由美国斯坦利航空公司研制。并用于B-58和B-70轰炸机上。1963年,美国空军的爱德华•默里乘B-58飞机在6100米上空对这种装置进行了真人试验并获得成功。这种装置虽然能保护飞行员免受高速气流及高空的低压、缺氧和低温的影响而适合于高空高速救生,但它和舱盖带离弹射座椅的方法一样,存在着低空救生性能不足的缺点。据各国飞机弹射救生事故的统计表明。大量的应急弹射救生是在低空进行的,即使在上世纪60年代以来飞机的速度和升限有很大提高的情况下,仍保持着这种趋势。而密闭座椅总的救生性能还不及敞开式弹射座椅,其救生成功率的统计数仅为62%,因而在后来的新飞机设计中未被选用。
第二种:分离座舱;
这种座舱最初的出现是为美国为F-8U和F-104等飞机设计的,其分离部分是带有机头部分的座舱段。只进行过一系列试验而未被采用。1961年,又开始了F-111分离座舱的发展工作。也做了大量的地面、水上和空投试验。这种分离座舱不带机头部分,而只包括驾驶舱在内的一部分前机身。1964年进行了首次飞行试验。在1967年10月的一架F-111试验机发生紧急事故中,第一次使用了这种分离座舱,两名飞行员得救。
上世纪70年代初,美国又为B-1A轰炸机设计了一种类似的分离座舱。该舱包括舱身、分离切断装置、火箭动力系统、稳定伞、回收伞、着陆缓冲装置和水上飘浮装置。其工作程序由程序控制系统自动完成。
当乘员启动弹射操纵手柄后,通过燃爆系统将操作指令传输到子系统各部件,按预定程序工作。首先将乘员固定紧,接着引爆爆炸索和爆炸螺栓,将舱体与机身结构的连接板和连接接头炸断,并用以火药为动力的剪切器将飞机操纵系统和管路等切断。接着,火箭发动机点火,将座舱推离飞机。在这一过程中,通过陀螺平台调整火箭推力方向来稳定座舱的俯仰和滚动。之后,气流平衡面和稳定减速伞也相继打开,共同保持座舱的姿态稳定并加快减速。待座舱的高度和速度降到回收伞的开伞限制值以下,稳定伞被释放,并射出回收伞。在稳定伞即将释放前,两侧的阻流板打开,其作用是在稳定伞释放后和主回收伞张开前的一段过渡时间内稳定座舱。舱体靠回收伞平稳着陆。着陆速度为9米/秒。舱体底部有5个着陆缓冲气囊,着陆前自动充气;着陆时,气囊的泄气门被着陆冲击力冲开,以吸收冲击能量。舱体的前后部位配备有水上漂浮气囊。其两侧有平衡姿态的漂浮气囊。因此,舱体落水后能漂浮在水面上并且不会倒置,以便飞行员打开舱门安全脱险。
分离式座舱具有良好的高空和高速救生性能,并且集座舱、应急离机装置和防护装置三种功能一身,这是火箭弹射座椅所无法比拟的。所以分离式座舱还是有发展前途的。根据美国军方资料显示,1967~1968年,F-111和FB-111飞机的分离式座舱应急救生86人,成功70人,救生成功率高达81%,这与美国空军采用的火箭弹射座椅的平均成功率基本相同。在这些成功救生的事例中,有两起是空速超过1100km/h的,如果是采用敞开式座椅。这样的条件下飞行员就不一定就能获救了。
分离式座舱虽然能很好的保护好飞行员,但是分离式座舱也有着很多弊端。首先,在重量上,分离式座舱一般要比敞开式座舱增加2200KG,这样的重量在多一克都算多的飞机上来说可以用高的离谱来形容;同时成本和维护费用也提高了许多,低空救生性能比火箭弹射座椅还要差。因此,美国在B-1轰炸机的后期型号上放弃了分离式座舱,而选用了ACES-2型敞开式火箭弹射座椅作为飞行员的救生装置。
第三种:舱盖带离弹射座椅;
这种装置由弹射座椅加座舱盖构成。弹射时,舱盖在飞机上的连接锁扣被打开,并随着座椅的上升扣在座椅上;飞行员则处于舱盖与座椅之间,可以免受迎面气流吹袭。座椅稳定减速后,舱盖按程序自动抛掉。接着,人/椅分离,救生伞展开。飞行员乘伞安全着陆。这种舱盖带离弹射装置曾用在苏联早期的米格-21飞机上。由于其低空救生性能差,飞机平飞时的安全救生高度需要110米,后来的米格21改型飞机就改用了敞开式火箭弹射座椅。
弹射座椅出舱技术的演变
在危机四伏的高空,飞机若是发生故障,如何能安全、快速、可靠地营救飞行员成为飞机设计师面临的最具挑战性的工作之一。虽然弹射座椅能在很大程度上解决很多安全问题,但弹射座椅并不能完全保证飞行员的安全。其中弹射穿盖问题就是很大的问题之一。
传统的弹射救生是先启动弹射手柄,飞机联动装置将活动舱盖抛离弹射区,然后座椅才开始运行。这些过程需要一定的时间,经试验表明,弹射时飞行速度越低,所需的时间越长。在零-零【即飞机的高度和速度均为零时】的弹射状况下,一般需要0.3~0.4秒。飞机设计师为避免弹射座椅与舱盖在空中相碰,往往采用延时机构,使座椅延时0.3~0.4秒才开始启动,对低空复杂姿态下的飞机来说,时间的损失可能会导致弹射救生失败,减少从弹射启动到座椅开始运动时间,为拯救飞行员的生命提供了更多的机会。
为了尽可能的压缩从弹射启动到座椅运动的时间,设计师们想尽一切办法来达成这一目标,且在科技的支持下,效果相当明显。不过,压缩时间的目的是达到了,但飞机的舱盖对于弹射救生来说是个巨大的阻碍。在弹射时必须以最快速度和最高效率打开弹射通道,这方面又成为弹射座椅系统研制的又一个研制重难点。
弹射出舱的艺术
飞机在遇到危险的时候,飞行员选择什么时候跳伞,按照什么样的顺序都是有讲究的。单座飞机在低速飞行遇到应急情况时,是哟给目前比较通用的打开座舱锁,由气动力和冷气或火药燃气抛放座舱盖的方法,旺旺需要消耗0.5秒的时间。只有在这段延迟时间之后,人/椅才能弹离座舱,以避免在空中与座舱盖相撞。在低空应急时,这段延迟时间可能会影响到人/椅的弹射成功。
串列双座飞机在遇到应急情况时,通常是后座先抛盖、人/椅弹射;然后前座抛盖、人/椅弹射。否则,若是前座先弹射,则座椅的火箭火焰会烧坏后座的座舱盖,致使后座飞行员产生不必要的危害。因此,正常情况下,双座飞机遇险时,基本都是后座先弹射,然后才是前座。这点从我国“飞豹”遇险时就可见一斑。当时,后座飞行员先弹射二获救,二前座则因延时弹射二牺牲。从这点来说,相对而言,后座的逃生机会相对前座时大的。
早期的弹射座椅采用抛盖式弹射方式,采用机械部件将座舱盖抛离,但是机械系统毕竟重量大,反应速度慢,且需要完整的液压或高压空气系统。由于弹射救生一般都是发生在失控状态下,飞机的主液压和高压空气系统大部分时间已经失去效能,所以必须为弹射座椅系统单独安装一套系统。这样极大的提高了复杂性,降低了系统可靠性。
1960年代,针对抛盖式的弊端,设计师们又设计了爆破式系统。该系统是将软式爆炸索安装在座舱盖上,弹射时通过电点火装置引爆爆炸索炸开舱盖。该方式在弹射座椅接触座舱前,爆炸索系统工作,把舱盖炸得破裂或初始裂纹后,依靠座椅的穿盖器来完成弹射通道障碍的清除。这项技术主要适用于第三代战机的定向航空有机玻璃舱盖。我国的“枭龙”战机的舱盖就采用了这种穿盖方法,它由舱盖微型爆炸索系统和TY-5B火箭弹射座椅组成。
我国的“枭龙”战机的舱盖主要由固定式风挡、活动舱盖组成。风挡是整体圆弧形,透明件采用单层厚度为6.35毫米的微交联丙烯酸甲酸定向有机玻璃制造而成。风挡是透明气密舱盖前面的固定部分,和机身座舱段、活动舱盖构成密封座舱,为飞行员提供一个必须的生存和工作环境。其前下视角达到13°,为飞行员提供良好的视界,以完成起飞着陆和战斗任务。风挡是一个满足各方面要求的多功能综合结构,能承受高速的气动载荷、过载、气动热载荷、增压载荷、高低温交变载荷,可抗击速度为530KM/H、重1.8KG飞鸟的撞击载荷。舱盖透明件呈水泡形,采用了电作动筒为开启动力的正常操作系统。
根据国际上权威联动抛盖弹射试验结果证明:要使与飞机脱离的前、后舱盖和人/椅在弹射后互不干扰,就得使前座人,椅在后座舱盖抛放1.486秒之后才能弹射。在这极短的时间内。失事飞机飞行高度的损失达40米,这将严重影响降落伞正常开伞的高度,从而危及飞行员的生命安全。为了提高人/椅弹射成功率,总是希望尽量缩短弹射之前抛盖的时间,于是出现了穿盖弹射。这种方式对飞行员来说,会有较高的脊柱损伤概率及体表或装备刮伤的概率。
另外,经过多年的实验证明,穿盖弹射比抛盖后弹射的稳定性较好,增加了弹射成功的可靠性。
20世纪70年代出现了一种新技术,就是在飞机座舱盖玻璃上敷设微型爆炸索。当座椅一开始向上运动时。就立即把座舱盖玻璃炸碎。为了使座舱盖玻璃大部分能够提前破碎。目前多半是在舱盖玻璃上部和周围敷设微型爆破索。串列双座飞机舱盖的微型爆破索炸掉舱盖玻璃后,后座舱玻璃先被炸掉,后座飞行员离舱,可以避免烧伤前座飞行员。前后舱弹射时差波动范围为200毫秒。但这对前座舱飞行员而言,离机时间的延迟意味着救生时间的减少。而两座椅弹射离机时间间隔越小,在飞机低速飞行时两座椅轨迹相互干扰的可能性就越大。最可能的情况是:人/椅分离之后,后舱的空座椅追赶前舱的人/伞系统并与人相撞。鉴于上述原因。采用火箭发动机向座椅提供侧向推力,使两座椅弹射轨迹向侧向延伸。而散发火箭在弹射座椅上的应用,显著地提高了串列双座弹射救生系统性能。
并列双座椅应急同时离机,采用火箭发动机向座椅提供侧向推力,右座椅向右侧发射。左座椅向左侧发射。发射火箭位于椅盆下的左侧,则座椅右向发射;发射火箭位于椅盆下缘的右侧,则座椅向左发射。由座椅上的电点火线路提供点火信号使发射火箭点火。在零一零双座椅弹射时,两座椅弹射可侧向达到30米距离。
现代弹射座椅能在0~25千米飞行高度和0~1200千米/小时空速的飞行包线内有效工作。在飞机平飞状态具有零高度一零速度救生性能。但在俯冲、横滚、高下沉速度等飞行状态。仍需要一定的离地高度,称之为最低安全救生高度。据统计,弹射座椅平均救生率大约为80%。
根据我国多年的研究实践表明,以微爆炸索穿盖救生技术为主方案的战斗机,其舱盖透明件如采用拉伸定向微交联航空有机玻璃,厚度只要小于7毫米就容易实现穿盖弹射救生,而采用非定向航空有机玻璃的厚度应小于8毫米。
舱盖爆炸索破裂系统由爆炸索子系统【MDC】和柔性传爆索子系统【FCDC】组成。爆炸索破裂舱盖透明件是依靠爆炸产生的爆轰波进行能量传递。穿盖弹射时要求爆炸索在座椅穿盖器接触到舱盖透明件之前工作,使舱盖玻璃破裂,削弱其强度,将舱盖玻璃对飞行员头、肩、膝部的撞击载荷、过载和过载增长率控制在人体生理耐受范围内。其中头部撞击载荷不应超过3.5千牛,作用时间不得超过20毫秒,肩部、膝部撞击载荷不应超过6.7千牛。而且玻璃破裂后的碎片、微爆索工作后的残渣等飞溅物不能对飞行员有损伤或造成严重外伤【贯穿伤】。最理想的是没有任何损伤或即使损伤,身体经短期的恢复就能驾机飞行。
  柔性传爆索【FCDC】在飞机爆炸索穿盖弹射救生系统中是一个传输能量信号的重要子系统,直接关系到爆炸索穿盖弹射救生系统的成败。由于其在航空航天及军事领域的重要用途,西方军事强国将它视为核心机密,对我国实施严密封锁。但我国已成功地研制出了适用于现代战机的高性能、高寿命和高可靠性的柔性爆炸索系统。
  传统的燃气传输通常采用不锈钢管,以保证燃气有足够的压力,使各部件能可靠地工作。如果采用传统的管路,为保证燃气不泄漏,管路的设计与敷设将非常麻烦,而且气密性要求高,重量代价很大,其可靠性、维护性也较低。因此,“枭龙”采用了我国自行研制的柔性爆炸索子系统,它利用爆轰波传递能量及信号,爆轰波的波速为6000米/秒~7000米/秒,基本上可认为是无延时传播,而且柔性的爆炸索比不锈钢管更易于敷设安装,重量也比不锈钢管轻。
  舱盖爆炸索破裂系统一般由摇臂-机械起爆器-传爆索-飞靶-传爆索-微爆索等组成。飞行员只需做一个动作,系统就能完成弹射救生的全过程。
舱盖爆炸索破裂技术的采用,使系统重量减轻了50%~80%,可靠性指标达到置信度0.9,可靠度0.98。该系统所有部件均定期更换,日常仅视情检查,维护方便,系统的维修性有较大提高。
爆炸索穿盖弹射救生系统是第三代战机广泛采用的先进技术之一,在国外已成功挽救了无数飞行员的宝贵生命。它也将被广泛运用于第四代战斗机【如美国的F-35】的穿盖弹射救生系统上。
  目前仅有少数西方先进航空大国能够掌握爆炸索穿盖弹射救生技术。我国成都飞机设计所在1990年代与航天部门合作开始研发该项技术,是我国唯一掌握该项技术的飞机设计研究所,已成功地将该项技术运用在该所设计研制的“枭龙”等多个飞机型号上。这项先进技术的突破为我国先进弹射座椅的问世扫清了一道重要的障碍。
1970年代,设计师们又设计了新的穿盖系统。这种系统是依靠弹射器作为本身动力,配合顶部的穿盖叉直接暴力破开座舱盖。且穿盖叉又是一个固定的金属结构不存在可靠性问题,其他部分都是弹射座椅本体任何时候都需要的。弹射时,在弹射座椅接触座舱透明件时,穿盖叉开始工作,使座舱盖产生破裂和初始裂纹,然后依靠座椅的穿盖叉破裂舱盖,达到清除弹射通道障碍的目的。这样的设计最为简单、最为可靠。成为当时飞机弹射座椅系统的主流配装。不过,在1970年代末期,材料工业发明了聚碳酸酯整体式气泡舱盖。这种材料为了满足强度需求不但厚且结实,穿盖叉很难实现可靠穿透,所以这种穿盖方式主要适用于第二代战机的非定向器航空有机玻璃盖,在第三代战机上相当一部分采用了火箭或火药抛盖弹射方式。这些穿盖方式各有各的优劣点,各国都是针对本国的情况选择适合本国的方式。
我国的弹射座椅
相比较于国际上弹射座椅发展,我国的弹射座椅的研制工作开始的相对较晚,直到1969年才正式研制。这个时间节点基本处于国际弹射座椅第二代的研发时间。虽然我国的弹射座椅弹射座椅研发起步较晚,但取得的成就却是很高,最新型弹射座椅的性能足以与国外同类产品媲美。
在过去的几十年里,我国先后研制了多达20余种型号的弹射座椅,分别列装于我国各种轰炸机、歼击机、教练机等。新型火箭弹射座椅在低空高速和高空高速等复杂不利姿态下的安全救生技术、程序控制技术、出舱稳定技术、高速气流防护技术、穿盖弹射技术等方面均取得了重要突破,总体性能达到国外先进的现役装机产品的技术水平,使我国航空救生水品跻身世界四强。并且这些弹射座椅随着我国大量出口的战机落户国外。其中有代表性的弹射座椅有HTY-1、HTY-2、HTY-3、HTY-4、HTY-5、HTY-6、HTY-7等系列【其中字母HTY分别是汉语“火箭、弹射、座椅”的第一字母】。其中,HTY-5、HTY-6型座椅均为第三代弹射座椅。第三代弹射座椅采用了双态程序控制技术、椅背火箭技术、线爆穿盖技术以及人/椅出舱后稳定性等高新技术,最大救生包线已达1100km,/s,改善了低空不利姿态的救生性能,其部分性能与国外现役装备水平基本相当。
我国主要火箭弹射座椅介绍
HTY-1火箭弹射座椅
 1965年8月3日,歼-7飞机飞行员采用带盖座椅弹射救生失败,导致机毁人亡。事隔半年,飞行员又采用带盖座椅离机失效,再次造成一等事故。另外,歼-6飞机弹射座椅救生成功率也不高,尤其是在低空应急离机的情况下,飞行员不易得救,客观上要求迅速改进现有弹射座椅。
1969年11月,我国决定研制新型的弹射座椅。弹射座椅技术指标为:零高度和零速度-水平飞行表速为1000千米/小时能安全救生。其主要技术措施是座椅采用轻型钣金结构,主伞安放在椅背内,在头靠箱中装大、小减速稳定伞,椅盆能自动升降调节,装有惯性肩带锁,采用火箭弹射器为动力等,适用于歼-6Ⅱ、歼-7、强-5等飞机。经过3年多的努力,1973年10月设计命名,经航空产品命名委员会批准,命名为HTY-1型火箭弹射座椅。
HTY-2火箭弹射座椅
随着歼-7飞机的改型,在HTY-1型火箭弹射座椅的基础上,加装了火箭包,改装了分离操纵系统,采用新型救生-10甲救生伞和稳定-3减速稳定伞,从而改善了弹射座椅的性能。经过大量的试验,证明该座椅性能良好。1979年10月,经航空产品命名委员会批准设计命名,命名为HTY-2型火箭弹射座椅,供歼-7Ⅱ飞机使用。该型弹射座椅多次弹射成功,在飞机应急状态下拯救了数名飞行员生命,并荣获国家质量金质奖
HTY-3型火箭弹射座椅
1973年3月,歼-8飞机火箭弹射座椅的研制工作开始。该弹射座椅的主要指标为:平飞安全弹射救生速度为0~850千米/小时,平飞安全救生高度为零高度到飞机升限。采取的主要措施有:采取强制开伞技术,用射伞枪射出稳定伞和主伞,以缩短开伞过程,提高弹射座椅的低空救生性能和救生成功率。采用弹射筒+火箭包的组合动力装置和自动化程度较高的弹射操纵系统及分离系统。经过大量的试验,证明该弹射座椅性能良好,接近世界同类先进产品的性能。1979年12月,航空产品命名委员会批准歼-8飞机火箭弹射座椅设计命名,命名为HTY-3型火箭弹射座椅。
1983年3月,一架装有HTY-3型座椅的歼-8飞机在空中出现故障,几乎垂直向下坠落到离地面1800米时,飞行员被迫弹射跳伞并安全着陆。HTY-3弹射座椅于1980年荣获全国科学大会奖。
HTY-4火箭弹射座椅
1980年,根据歼-7Ⅲ飞机改型的需要,对救生装置提出了新的要求。在HTY-3型座椅基础上作了6项重大改进:采用小冲量火箭包、新型救生-13型救生伞、新型的QKS-3开锁器、简单方便的限腿带、并改进了海上救生包,使椅盆下移而提高了座高。通过这些改进,使该弹射座椅的各项指标和安全性能等得到了改善,达到了零高度、零速度和最大速度为1000千米/小时的要求。该座椅1984年底设计命名,被命名为HTY-4型火箭弹射座椅。
HTY-5型火箭弹射座椅
HTY-5型火箭弹射座椅能保证在飞机飞行速度和飞行高度的很大范围内救护飞行员,包括起飞、着陆滑跑和零高度、零速度和最大速度为1000千米/小时的状态。
提到HTY-5型火箭弹射座椅就不得不说对我国航空工业有着划时代意义的J-10战机。HTY-5型弹射座椅就是为“猛龙”而配套研发的。
1985年4月,原610所【现襄樊航空救生研究所】接到国家命令,正式启动J-10战机的弹射座椅的装备方案论证工作。经过充分论证,610所上下一致认为新型弹射座椅的技术性能必须要与J-10战机的各种性能指标相匹配,特别是战机的高速与低空机动飞行,对配装的火箭弹射座椅的性能提出了全新、更高的要求。而要满足这些要求只有两种方法:要么引进,消化吸收;要么立足自我,探索创新。
这两条路,走引进之路则可以降低研发风险,但永远跟在别人后面,不能抢占技术制高点,且要看别人脸色;立足自我,虽然征途漫漫,困难重重,但一旦化茧成蝶,则前途一片光明。经过各方的充分论证,1988年8月原610所时任领导魏宽夫、陈一平等在统筹各方面意见后,决定迎难而上,走自主创新的路子,并决定由时任科技委主任徐世坤担任第一任主任设计师,正式拉开了我国弹射救生事业的新的篇章。
刚开始,大量的科研人员倾向于以我国当时性能最好的HTY-4型弹射座椅为基础,加以改进升级。若有HTY-4型为基础,可以很快的使我国在新型弹射座椅上有了阶段性成果的突破,但也受制于HTY-4型的框架制约,不会取得“代”的成就。因此,在1988年12月,徐世坤等3位科技工作者本着科学、严谨精神,大量应用新技术的态度,力排众议,提出了高起点的研制方案。这一方案很快得到国家高层的认可,就此HTY-5型弹射座椅方案正式立案。
经过几年的准备,1992年3月,HTY-5型弹射座椅完成方案论证转入初样设计阶段。1995年3月,正式进入样机研制阶段。1998年3月,随着J-10战机的首飞成功。2000年11月至2001年6月,J-10战机和HTY-5弹射座椅进行了火箭弹射座椅空中弹射试验。试验在平飞、俯冲、横滚、下沉、倒飞、平飞大速度等6种机动飞行状态下进行。这是我国救生系统型号研制中最恶劣的救生状态试验,试验获得圆满成功。2002年3月,成功完成了座椅海上自动开包试验。同年11月,进入设计定型,试样研制前后经历7年半时间。2003年12月,J-10战机火箭弹射座椅【即HTY-5型座椅】正式通过设计定型审查,可以进行批量生产。
在弹射座椅研制的同时,我国相关部门也对救生伞和稳定减速伞的研制展开了全面的技术攻关。1990年1月,初步确定伞系统结构方案。1992年3月正式转入初样研制。1995年7月和8月,两伞分别进入试样研制阶段。1996年9月,改型救生伞第一次真人试跳试验取得完满成功。1996年11月,变透气量的单向弹性绸材料完成定型,填补我国空白。不过在随后的1997年的一次试验中,座椅配套的救生伞出现了故障造成试验失败。相关单位【主要是原520厂】立即进行了认真研究,并广泛邀请厂内外的救生专家进行会诊,成立了以时任厂长徐文渊为领导小组组长的技术攻关小组,对救生伞进行了更深入的技术攻关。从1997年12月至1998年5月,在短短半年间,攻关小组先后确定了6种结构改进方案,然后进行了高达上百次的各类空投试验,终使新型救生伞的各项性能达到技术要求。
HTY-5型弹射座椅虽然是一款新型弹射座椅,但其技术基础仍然有着HTY-4型座椅的痕迹。只不过设计师对相关技术进行了多达数十项的技术升级,主要集中在对穿、程序控制、救生伞、椅背火箭一级改善动力等13项结构设计进行了重大改进,尤其是电子程控技术、微爆穿盖技术、出舱稳定技术、椅背火箭技术、高度气流防护技术等均为国内首次使用。总结一下,这13项技术改革主要集中在三大方面:
第一方面:人/椅系统稳定技术;
J-10飞机救生系统在方案设计中,认真总结国内弹射救生稳定技术现状的基础上,对国外救生系统的稳定装置优缺点进行了深入的分析。设计中抓住了提高稳定性的三个关键点:出舱稳定装置、椅背左右两点连接的稳定减速伞和椅背火箭偏心矩技术措施。
第二方面:电子程控技术;
电子式程控器在我国尚未有其它型号座椅使用,也没有预研基础。在没有程控器的资料可参考,又缺乏椅载电子产品研制经验的困境下,主管设计师杨登仿勇挑重担,提出用微计算机作为程控器控制核心的方案。1995年3月,程控技术随弹射座椅转入试样阶段的研制。2001年起,主任设计师肖保良、主管设计师杨登仿在对人椅系统在各种状态弹射的试验数据进行统计分析的基础上,用软件进行修正的方法解决了弹射出舱阶段在尾流区内多态程序控制系统测控的难题。
  电子程控器的成功研制,为提高J-10飞机救生系统低空复杂姿态下的救生能力创建了平台,填补了计算机技术应用在我国救生技术领域的空白,为弹射座椅进一步智能化奠定了基础。
第三方面:椅背火箭技术;
HTY-5型火箭弹射座椅在国内首次采用椅背火箭作为二级动力,它与弹射筒共同组成了J-10飞机救生系统的动力系统,是保证乘员安全离机并且有必要的弹道性能的重要系统。该技术从1988年开始研制,到2003年设计定型为止,历经15年。研究员刘克顺和黄港溪分阶段负责该科题。在椅背火箭课题组的共同努力下,攻克了推进剂燃烧点火难、喷管座防烧蚀、使用温度范围小等重重难关,以科学严谨的态度,为研制成功了我国的椅背火箭,为J-10飞机救生系统提供了良好的弹道性能。
随着J-10的逐渐成熟,HTY-5型弹射座椅逐渐成为我国飞行员可靠地“回家之路”了。同时我国科技人员对HTY-5进行了大量的升级,其中具有代表性就是和“枭龙”战机配套的HTY-5B型弹射座椅。HTY-5B座椅从2002年开始正式研制。
我国在设计“枭龙”战机时对座舱进行了特别设计,既能配装国内最先进的HTY-5型火箭弹射座椅,也为了出口考虑可以配装英国马丁•贝克公司的MK16LE型弹射座椅,为用户提供了多种选择方案。
HTY-5B型弹射座椅是我国在第三代弹射座椅HTY-5基础上,专门为“枭龙”战机改进设计的。HTY-5B具有多态程序控制和良好的高速防护效能,可靠性高、使用维护性好,尤其是在低空复杂姿态下的救生性能十分先进,是世界上最先进的第三代航空救生系统之一。
HTY-5B的基础HTY-5本就是我国、乃及世界上最先进的航空救生系统之一。HTY-5B性能更为先进,尤其是电子程序控制技术、椅背火箭技术及出舱稳定装置均为我国首次应用,正是这些高新技术与成熟技术的综合应用,使HTY-5B弹射座椅具有了引人注目的优异性能。这些优异性能主要表现为:
平飞安全救生包线 
弹射速度范围为0~1100千米/
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 楼主| 发表于 2014-4-11 09:53 | 显示全部楼层
第三方面:椅背火箭技术;
HTY-5型火箭弹射座椅在国内首次采用椅背火箭作为二级动力,它与弹射筒共同组成了J-10飞机救生系统的动力系统,是保证乘员安全离机并且有必要的弹道性能的重要系统。该技术从1988年开始研制,到2003年设计定型为止,历经15年。研究员刘克顺和黄港溪分阶段负责该科题。在椅背火箭课题组的共同努力下,攻克了推进剂燃烧点火难、喷管座防烧蚀、使用温度范围小等重重难关,以科学严谨的态度,为研制成功了我国的椅背火箭,为J-10飞机救生系统提供了良好的弹道性能。
随着J-10的逐渐成熟,HTY-5型弹射座椅逐渐成为我国飞行员可靠地“回家之路”了。同时我国科技人员对HTY-5进行了大量的升级,其中具有代表性就是和“枭龙”战机配套的HTY-5B型弹射座椅。HTY-5B座椅从2002年开始正式研制。
我国在设计“枭龙”战机时对座舱进行了特别设计,既能配装国内最先进的HTY-5型火箭弹射座椅,也为了出口考虑可以配装英国马丁•贝克公司的MK16LE型弹射座椅,为用户提供了多种选择方案。
HTY-5B型弹射座椅是我国在第三代弹射座椅HTY-5基础上,专门为“枭龙”战机改进设计的。HTY-5B具有多态程序控制和良好的高速防护效能,可靠性高、使用维护性好,尤其是在低空复杂姿态下的救生性能十分先进,是世界上最先进的第三代航空救生系统之一。
HTY-5B的基础HTY-5本就是我国、乃及世界上最先进的航空救生系统之一。HTY-5B性能更为先进,尤其是电子程序控制技术、椅背火箭技术及出舱稳定装置均为我国首次应用,正是这些高新技术与成熟技术的综合应用,使HTY-5B弹射座椅具有了引人注目的优异性能。这些优异性能主要表现为:
平飞安全救生包线 
弹射速度范围为0~1100千米/        小时;弹射高度范围为0~飞机升限。低空复杂姿态下的安全救生性能基本满足美军标规定的22种状态最低安全高度要求。低空复杂姿态下从飞行员启动弹射手柄到救生伞张满的时间不大于3秒。
着陆速度 
救生伞在标准情况下【人/伞系统重量100千克,大气压力101325帕】,着陆速度不大于6米/秒。具有完善的防护高速气流吹袭能力在机动飞行和负过载飞行条件下,能为飞行员提供安全可靠的约束。可分别携带海上、沙漠、寒区、热带和亚热带丛林救生物品,满足不同地区的使用要求。
高性能座椅 
乘座舒适,操纵简单,具有良好的后视界。
可靠性 
在90%置信度下达到0.989。
维修性 
平均修复时间不超过0.85小时,最大修复时间不超过2.5小时【维修度为95%时】。
其它改进 
为满足用户的特殊要求,HTY-5B座椅还进行了多项重大改进。增加了飞行员的适用范围,能满足飞行员裸重54.5~91千克的要求。座椅椅盆的调节为:中位至上位62毫米【沿铅垂线方向】,中位至下位80毫米【沿铅垂线方向】。救生伞采用了压力封包技术。对飞行员的背带系统进行了改进,提高了舒适性等。
HTY-5型弹射座椅成为我国航空救生系统包线最宽/采用新技术最多/性能最先进的火箭弹射座椅,达到了世界现役飞机的第三代弹射救生系统的性能水平。2004年,HTY-5型弹射座椅获得中国一航科技进步一等奖、国防科技进步 一等奖,2005年又荣获国家科学技术二等奖。2006年,在北京召开的全国科技大会暨2005年度国家科学科技奖大会上,徐世坤作为新一代弹射救生装备的主要设计者,在会上领奖。2007年,J-10战机荣获国家科技进步特等奖,徐世坤也是获奖人之一。
HTY-6C型火箭弹射座椅
HTY-6C火箭弹射座椅是为满足歼-7MG飞机自行研制的新一代先进火箭弹射座椅。
HTY-6C型火箭弹射座椅具有平飞姿态下零高度至飞机升限、零速度至1100千米/小时速度范围的安全救生能力。同时,由于配备了QKS-14双态控制器,可以根据弹射时不同的飞行速度,确定不同的人/椅分离时间,使HTY-6C火箭弹射座椅具有良好的低空不利姿态的安全救生能力,不利姿态下的安全救生包线。该座椅采取了穿盖弹射技术。该系统性能良好,可靠性高,维护性好,目前该系统已经装备了我国空、海军,使用记录良好。
HTY-7A型全自动火箭助推弹射座椅
HTY-7A型座椅为K-8飞机配套的串列式弹射座椅,标牌为HTY-7A【Q】的前座椅装在飞机前舱,标牌为HTY-7A【Q】的后座椅装在飞机后舱,前后座舱之间设置有指令弹射系统。
HTY-7A型弹射座椅在不同飞行高度、速度和飞行轨迹条件下,为乘员提供了零高度-零速度,零高度-高速度【1000千米/小时】、高空【1500米】-高速【1000千米/小时】时的安全救生。座椅启动后,装在座椅左侧骨架上部的破盖枪先行破碎舱盖,而装在伞箱两侧的穿盖器为座椅离舱清除弹射通道。
HTY-8弹射救生系统
HTY-8弹射救生系统是在吸收了俄罗斯K-36座椅先进技术的基础上,结合我国飞行员的实际情况进行适应性改进而研制的第三代弹射救生系统。HTY-8救生系统具有良好的出舱姿态稳定性,优越的高速气流防护性及较高的可靠性,其救生速度、高度范围大,救生性能达到了国际领先水平。   
其主要技术指标,弹射速度0~1400千米/小时,弹射高度0~25千米,弹射筒工作最大过载≤20G,射救生伞时间0.7~2.45秒,救生性能可满足美军标MIL-S-18471G的要求。
X型火箭弹射座椅
  20世纪80年代末开始研制的X型弹射座椅,以国外三种先进弹射座椅【美国的ACES-22、S4S弹射座椅和英国MK-12弹射座椅】的技术指标和先进技术为起点,专门设计了出舱稳定装置、电子式程序控制器、新型弹射机构、椅背火箭、新型救生伞、稳定伞、高速挡臂器等多种新部件和穿盖弹射等多项新技术。该型弹射座椅提高了低空低速不利姿态的救生性能,扩大了高速弹射救生包线,提高了座椅系统的综合性能,构成了一代新型火箭弹射座椅,达到了目前世界高性能座椅的先进水平。其重大创新成果包括:
  突破了敞开式弹射座椅高速为1100千米/小时的救生包线,达到高速为1200千米/小时包线;同时解决了强大气流对人/椅系统出舱后的稳定性,而且解决了高速气流吹袭对人体生理的影响。
  首次在我国采用电子程序控制器,大幅度提高了低空低速不利姿态的救生性能,如飞机处于俯冲、滚转、侧滑、倒飞等不利姿态的救生性能。
人/椅系统弹射出舱后,人/椅分离前处于“直立”的稳定姿态,因此,具有开伞时间短、高度损失小的优点。
2005年,X型火箭弹射座椅经受了真人实战考核,已应用于“枭龙”等飞机,2004年被评为国防工业科学技术一等奖,2005年被评为国家科学技术进步二等奖。
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 楼主| 发表于 2014-4-11 09:54 | 显示全部楼层
展望
时至今日,一架性能先进的战机无一不是价值连城,对任何一国来说都是不小的经济压力。不过再先进的战机只要有足够的金钱基本都是可以很快的造出来,但一名成熟的飞行员却是短期内培养不出来的,特别是那些处于职业黄金时期的优秀飞行员完全可以用“空中黄金”来形容。再先进的战机只是一个没有灵魂的战争机器,而飞行员才是天空中的真正主宰,特别是那些优秀的飞行员更是决定战争走向的最重要的因素之一。因此,在遇到危险时,在飞机和飞行员之间应尽最大可能的挽救飞行员。正是基于这样的指导思想,各国对飞行员的救生系统研究向来都是不遗余力,全力以赴。
经过几十年的发展,飞行救生系统已取得了诸多进步,诞生了许多型号,且许多型号在实践中挽救了大量的飞行员的性命。即使如此,各国对现今的飞行救生系统仍不满足,仍投入大量的人力、财力、物力,希望能为飞行员提供更好的“回家之路”。随着科技的进步,未来的弹射救生系统出现了更蓬勃、更多发展的势头。
在满足弹射性能条件下,控制弹射后作用在乘员身上的综合作用力,使其保持在人体生理耐限范围内,尽量减少弹射损伤,具有自适应救生能力;采用推力大小和方向可变的动力装置,具有完善的高速气流防护措施;另外,还要充分考虑到女性飞行员的特殊群体。女性飞行员对弹射加速的耐限值比男性的要低,这些不利因素对弹射救生系统的研制提出了新的挑战。
其次,要充分利用新技术、新材料【复合材料、高强度的特殊材料等】、新工艺应用进一步推动弹射救生技术的发展。
第三,要扩大弹射救生技术的应用范围。不但要广泛应用到高速飞行的固定翼飞机上,还要向武装直升机、民用飞机以及载人飞行器领域蔓延。
随着时代的发展 ,武装直升机的应用范围越来越大,但其救生成功率却令人十分不满。目前,武装直升机仍依靠适坠座椅已难以满足直升机的救生要求,这就促成新的直升机救生方案的诞生。这点在俄罗斯就有更好的发展。俄罗斯的ka-50直升机就另辟蹊径,安装了牵引式火箭弹射救生系统。预计今后各国将加大研制直升机救生系统的力度。
在民用飞机救生问题上,各国也投入了大量的资源,研制了分离救生舱、牵引火箭座椅、飞机整体回收等。但由于早期的技术不够成熟,再加上这些方案对飞机的性能、重量、成本等影响极大。这些方案基本不能工程化。不过,随着技术的不断发展,民用飞机的救生问题将会得到逐步解决,可以预计,民用救生系统将会在小型民用飞机领域会率先取得突破。
自从1961年前苏联首次实现载人航天飞行以来,航天救生便被提到了议事日程。1986年美国“挑战者”号航天飞机失事后,航天救生的问题曾一度引起人们的高度重视,并提出了很多救生方案,如分离式救生舱、密闭式弹射座椅、敞开式弹射座椅、牵引火箭式救生系统等,但由于当时服役的航天飞机不可能变动太大,所以最后选用了滑杆式救生方案,但因其救生包线小,只适用于低速飞行状态。随着我国在航天事业方面一系列成就的取得,加速了我国航天救生系统的研制。估计我国在这方面定会有一系列有突破性成果的取得。
我国的弹射救生技术经过几十年的努力,已经跨入了能自主独立研制救生设备的行列,自行研制的第三代弹射座椅已大量装机服役,并已开始新一代弹射救生技术的研究工作。前段时间,“飞豹”战机失事让我国的弹射救生技术经历了一次重大考验。这次事故中的HTY-6系列弹射座椅技术较为可靠,具有良好的低空不利姿态的安全救生能力、不利姿态下安全救生包线。而为J-10战机配套研制的HTY-5系列弹射座椅则是我国弹射救生系统的顶峰存在。该型号采用了四肢约束技术和出舱稳定系统,性能与国际公认的NO.1的俄罗斯K-36系列弹射座椅没有太大的差距。而为J-11系列战机研制的HTY-8弹射座椅在研制之时就与K-36系列有着诸多说不清道不明的“绯闻”。可以说,我国在固定翼飞机的弹射救生技术已经达到国际先进水平,但在武装直升机的弹射救生领域则基本为零,差距很大;在民用飞机领域,因长期不能在民用飞机方面有质的突破,救生成果也基本为零;航天救生方面则随着我国航天事业的蒸蒸日上,估计能达到国际先进水平。总体来讲,我国的弹射救生技术与国外先进弹射技术相比仍有一定的差距。为了缩短与国外的差距,为飞行员提供安全可靠的“回家之路”,我国必须选准突破口,加大投资力度,研制出具有我国自主知识产权的先进救生系统,以实现跨越式发展。
飞行员为何措施最佳的跳伞机会?
对于遇险的飞行员为何没有及时跳伞,根据国际上空难事故的总结经验一般有以下几种情况:
第一种,是发生事故时,飞机飞行的高度过低,预留的跳伞高度不够。在这种情形下,飞行员就是决定弹射也可能因飞行高度不够而遇难;
第二种,是在发生事故时,战机正处于接近居民区域或者人群密集地上空。如果此时弃机跳伞,势必会给地面民众造成巨大的人员和财产损失,且代价会很大。这时飞机上的飞行员往往会冒着生命危险改变飞机航向,尽最大努力将飞机坠毁或迫降到人与财物相对少的空地。但这可能意味着丧失最宝贵的逃生时间。这一大无畏英雄精神虽可能会造成飞行员丧失逃生机会,但可以挽救更多的地面居民。这一英雄精神世界各国战机飞行员都会秉承,西方军队的战机飞行员也多次发生过为规避地面损失而机毁人亡的事件。
第三种,是飞机发生事故时,飞行员会尽力挽回飞机,以为地面专家技术人员寻找故障原因、未来改进飞机性能留下宝贵的资料。不过在正常情况下,任何指挥官都不会允许飞行员如此冒险将注定坠毁的战机飞回机场。
在了解国际上行经常出现的飞行员错失逃生机会的几种主要原因后,我们再回头看看我国最近发生的两件具有代表性的空难事故。
2011年10月14日上午,2011中国国际通用航空大会在陕西蒲城举行飞行表演时,一架中国试飞院的“飞豹”歼击轰炸机814号原型机在进行低空表演时失控坠毁。根据现场目击,该机有一部弹射座椅弹射成功,后舱的飞行员安全着陆,但前舱飞行员未进行弹射,最后遇难。根据资料显示,牺牲的飞行员正是试飞员余锦旺。
2013年3月31日下午,中国一架空军苏-27战机在一次正常训练中,发生事故,坠毁在山东荣成海域附件。两名飞行员当场牺牲。
在这两场事故中,我国付出了惨痛的代价。不但损失了两架性能优异的现代化战机,更损失了3名“空中骄子”。在“飞豹”事故中,飞机离地高度大约在100米左右,后舱飞行员逃生成功,前舱飞行员逃生失败。而苏-27战机的两名飞行员根本连逃生的机会都没有,直接就牺牲了。这两次坠毁战机的前后舱均配备了世界级零零火箭弹射座椅【根据公开资料显示,“飞豹”战机装备了我国自主生产的HTY-6弹射座椅,苏-27战机装备的是K-36D弹射座椅】,可以保证飞行员在零高度、零速度的情况下弹射救生。不过,即使有了这样世界最顶级的弹射座椅仍未能百分之百的保证飞行员能安全回家。
“飞豹”战机是我国西安飞机公司自主研制的歼击轰炸机。该机最大的特点是配备了三余度四轴数字式电传操纵系统,以及联合式航空电子系统和玻璃化座舱,低空飞行性能优良,具备良好的机动性能,是目前我国空、海军对地/空打击的主力。该机装备部队后多次参加重大军事行动,包括国庆阅兵、中俄联合演习等,在上一次中俄联合演习中就曾出现过一架“飞豹”战机坠毁事件,所以说这是“飞豹”战机的第二次在重大行动中出现状况。
苏-27战机的名头那就是更大了。该机是前苏联苏霍伊设计局研制的单座双发全天候空中优势重型战机,主要任务是国土防空、护航、海上巡逻等。该机自问世以来就是苏俄航空工业的最佳代言人,多年来是国际上唯一能抗衡美国F-15重型战机的最顶级战机。自苏联解体后,曾大量出口。1992年首批12架苏-27战机飞抵中国,随后我国根据俄许可自行生产了一批苏-27战机,目前我国共约有苏-27和国产歼-11及改进型约300架。长期以来,这些战机都是我国海空军的绝对主力。根据资料分析,此次坠毁的战机应该是苏-27UBK型,该款战机时早期苏-27UB的出口型号,是苏-27SK战机的双座教练型,主要用来培训新飞行员用的。
这两次坠机事件,基本都是发生在低空、低速的状态下。低空飞行本来就是十分的危险。因此,飞机的高度和速度都较低,一旦出现情况留给飞行员的处置的时间十分的小,甚至可以说是没有。另外,低空的空情也十分的复杂,各种障碍物、空气紊流,以及飞机系统、发动机、飞行员的操纵都可能对飞机的状态产生不利的影响。当年,美国的YF-22【F-22在研时的原型机】就在降落时,飞控软件出现问题诱发了飞行员震荡而坠毁。1989年,巴黎航展中,苏联的米格-29战机也是因为低空飞鸟被吸进发动机中,导致发动机熄火而坠毁。由此可见,低空飞行时导致空难的重要原因之一。
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 楼主| 发表于 2014-4-11 09:54 | 显示全部楼层
具体分析两次事故的原因
根据相关网友拍摄的视频资料来看,“飞豹”战机在出事前做的最后一个动作似乎是小半径盘旋,但是在动作过程中似乎突然失速下坠,然后进入尾旋,最后撞地。根据当时的视频资料看,814号在坠毁前,似乎只有右侧发动机在工作,左侧发动机没有喷出火苗,可能已经停止工作了。
这样我们就可以简单的推测飞机失事的原因:当飞机在做盘旋动作的时候,消耗了较多的速度和高度,也就是我们常说的能量。但在动作过程中,只要飞机保持正常的状态,那么发动机仍可以快速响应为战机提供足够的动力来完成整个机动过程。不过,814号在这个机动过程中,一侧发动机突然停车或者发生了别的故障,造成动力严重不足,飞机顿时进入失速状态。由于推力不平衡,让飞机进入了尾旋状态。处于尾旋状态下的战机若处于适当的高度和速度情况下,且战机性能稳定而先进,在优秀飞行员的驾驶下仍可以改出。不过,814号处于那样的低空低速状态下,飞行员根本没有足够的时间来处理这样的紧急情况,虽然后舱飞行员跳伞成功,但前舱飞行员因没有足够的时间,最后牺牲了。
“飞豹”这个坠毁过程的视频是因其正在进行飞行表演才得以完整的保留下来,而苏-27战机则正在进行常规训练,基本没有相关的视频资料留下,只有当场的几个人看到这一过程。根据目击网友拍摄的视频显示,苏-27战机坠毁后起火燃烧的黑烟高达数十米,拍摄者目击了坠机过程,称飞机坠毁前一直飞的很低,且不稳定,在空中飘来飘去,似乎机翼附近还有什么不见掉下来。最后像折翼的鸟儿一样飘落起火。根据相关专家分析,从苏-27事故图片看,飞机的残骸比较完整,可初步判断飞机坠毁前应处于一种临界可控状态,如完全不可控,飞行员很早就会决定跳伞。而处于临界可控状态下,决策余地比较大,飞行员或觉得可以挽救飞机,但最后的各种努力尽付东流,机毁人亡。
从有限的公开的资料显示,失事的苏-27战机是水平平躺在沙滩上的,而不是垂直扎在地面上的,同时根据目击者表示,飞机是“飘落”下来的,同时飞机的形状保持的比较完整,机翼和垂尾都基本没有太大损伤,只有座舱盖打开。从这点可以看出,战机在失事时是完全处于可控状态下。这也就给了飞行员在危难关头从容处理危情的时间。而基本保持完整的机体外形说明战机在失事时内部并未出现不可控制的爆炸等较大故障,所以笔者从这些情况推测,估计这次事故可能是和发动机故障有关,很大可能是发动机在空中发生停车,飞机失去了动力,飞行速度较慢。不过苏-27系列战机的气动设计在当今世界战机界那是出了名的优秀,机身表面宽大,与机翼融为一体,同时两个巨大的发动机舱之间有一个巨大的沟渠,约束住危险情况下的紊乱气流。而宽大的机身致使战机即使失去动力,仍能保持较高的飞机升力,提高了飞机的升阻比,这样飞机即使失去动力,也不会马上坠地,而是可以凭借空气动力滑翔一段距离,所以这也是为什么目击者看到飞机不是垂直扎地,而是“一直飞得很低,在空中飘来飘去,似乎机翼附件还有部件掉下来,最后像折翼的鸟儿一样飘落下来”。这样可以从水平着地的姿势可见一斑。
从公开的资料可知,苏-27的前机身基本保持完整,损坏主要集中在机身下部,这也说明飞机时以机腹着地,这也是标准的飞机降落姿势,所以我们可以推测战机的各项系统,例如液压系统、操纵系统,甚至是航电系统在坠毁前的最后一瞬间仍保持一定的工作状态,换句话说飞机在坠毁前的一段时间内还是可能保持在可控状态,并不是飞机突然失控坠地,不给飞行员逃生的机会。否则以苏-27这种高达20多吨的重型战机,直接若是直接失控坠地,机体绝对不会保持这么完整的。
另外,战机的整体机身基本保持完整,特别是后机身,但机头部位的座舱时打开的。根据国际上战机的设计流程可知,战机的舱盖采用锁环扣入锁销之中,以便保证舱盖和座舱的密闭性。作为作战飞机,战机的飞行速度、机动程度、所处环境绝对恶劣的不得了,所以舱盖和座舱之间的锁环绝对坚固,以保证舱盖在正常飞行时不管在什么情况下都不会打开。当年美国的F-22战机就发生过因为程序问题,舱盖锁环失效罢工,飞行员被困在座舱中,最后,不得不用电锯把座舱割开的糗事。因此,正常飞机的座舱若不是飞行员认为打开,外力若能打开,那么这个力量绝对大的离谱,飞机的结构不太可能会保持如此完整。从这点可以看出,失事的苏-27战机的座舱已经打开,那说明飞行员可能在最后时刻已经启动了飞机上的火箭弹射座椅。不过,在失事战机附件并未找到飞行员座椅,因此很大可能是在坠机前就已经启动了弹射座椅。
不过,我们可以出战机坠毁地点看出端倪,战机坠毁地点离岸边有一段距离,离村庄较远。坠毁地点是一片水产养殖地,当时尚未到收获季节,因此没有人在坠毁地,没有人员伤亡,财产损失也基本可以忽略不计。但在坠毁地附件有大桥,有海边的养殖场,还有一处停泊不好船只的码头,失事飞机避开了这些区域,坠毁在人迹少至的滩涂。笔者初步估计,当时两名飞行员可能是为了寻找安全地带,没有选择当时就跳伞。而在找到安全地带后,虽然启动了弹射座椅,但因失去了最佳机会,丧失了逃生的最后机会,最后全部壮烈牺牲了。
目前,我国战机装备的弹射座椅系统启动相对简单,且系统化,只要飞行员启动弹射系统,弹射系统会自动按照事先程序逐一启动各项程序,完成飞行员的逃生。飞行员被弹射到空中时,装备在座椅上的各个救生系统都会随之启动,例如海上救生包自动打开、救生船自动充气、救生电台自动启动并发生求救信号。虽然事先工作做得十分的完善,但最后仍付出了惨痛的代价。
当然,可能会有人会问,我国这两次事故的战机都不是装备了世界上最顶尖的弹射座椅吗?怎么最后都没有能挽救飞行员的性命呢?
“飞豹”事故中,后舱飞行员逃生成功,说明弹射座椅的可靠性还是十分的高的。只不过,前舱飞行员因程序问题后跳伞,从而丧失了最佳机会,魂断蓝天。而苏-27战机装备的弹射座椅可是当今世界公认的NO.1的K-36D系列弹射座椅。结果仍是付出了惨痛的代价。笔者根据众多公开资料推测原因可能有两个:一个是弹射座椅没能正常工作。我们知道,弹射座椅再可靠,但毕竟是机器不可能会保证永远的、百分之百的、随时随地的可能,比如没有没有正常弹射,或者弹射后没有正常人\椅分离、降落伞没有正常打开等等;第二是弹射随时正常了,但因飞机失事区域太过复杂,仍未能保证飞行员的人身安全。
不过,笔者从战机失事现场的资料观察,战机当时是坠毁在海边,相应的飞行员即使跳伞落海,海水也应该不会太深,而且座椅上装备有一系列完善的逃生系统,不会就此使飞行员丧失性命。因此笔者推测,估计当时飞行员为了保护地面的人民财产,强行控制故障战机,寻找合适的地域,坠毁在损失最小的地面。在坠毁前的一瞬间,虽然启动了弹射座椅,但因可靠性问题,战机座舱盖虽已经打开,但弹射火箭却没有正常启动,弹射失败,最后命丧长空。
从上文分析,我们似乎可以推测出这两起事故都可能是发动机出现了故障造成的。发动机出现故障导致机毁人亡的事件太多了。当年米格-29坠毁巴黎航展就是因为发动机吸入飞鸟,导致发动机出现故障,喷出火苗,最后导致战机坠毁。
航空发动机空中停车的可能原因
飞行中的飞机发动机出现故障,根据国际上的经验基本有两大类型:
一是,发动机自身原因。如,机械故障、电子系统故障、气流畸变、武器发射后的尾烟造成的发动机喘振、设计不合理等多种原因,造成燃料不能持续燃烧而停车;
二是,外部原因。例如飞行员的不规范操纵、加速过快,使供油量增加过快过多,涡轮前燃气总温度突然升高,涡轮的流通能力减少而发生堵塞,造成压气机的空气流量减少;各种异物进入发动机,造成发动机的损坏,其中最主要的就是撞鸟。异物撞进发动机中,会打坏发动机的叶片,而破损的叶片会非常容易打破输油管道,加上发动机内部的高温而引起大火,所以外部可以看到发动机喷出火苗或者黑烟。当年米格-29在坠毁前,可以明显的看到发动机喷出一道火苗,然后停止工作。
根据资料显示,“飞豹”战机配备的动力系统乃是国产涡扇-9发动机。该发动机是由我国西安航空发动机公司专利许可生产的英国罗罗公司的斯贝MK202发动机。该型发动机在西方发动机领域是一款“明星”装备,装备了许多型号,在军用飞机发动机市场占有相当大的份额:英国生产的F-4K“鬼怪”战斗机、我国的歼轰7、美国的A-7攻击机的都是装备“斯贝”涡扇发动机。这型发动机的最大推力约为90千牛左右,是一型比较成熟可靠的发动机,具有高速性能好、工作可靠性高、经济性好、维修寿命长、使用维护方便等多种优点。不过,根据视频资料显示,814号失事时似乎并未看见发动机出现了火光或者黑烟,所以似乎可以排除发动机撞鸟或者异物撞击的可能性。那可能就是发动机的内部问题了。
作为我国目前的主力战机,“飞豹”战机大约在1990年代末期定型。后来我国在“飞豹”的基础上进行了升级改进,编号为歼轰-7A。歼轰-7A在本世纪初试飞,2004年装备部队。而814号是在歼轰-7A基础上改进而来的。也就是说,截止到坠毁时,814号已经具有十年的寿命了。同时,作为试飞院的试飞飞机,平常都会承担着大量的高难度、高强度的科研试飞,加速了战机寿命的正常损耗。所以此时的814号飞机可能已经接近第一个大修时限,不排除飞机或者发动机本身因此部件老化或者缺陷造成发动机停车,从而导致飞机失事。
苏-27战机装备的发动机是前苏联著名航空发动机设计局——留里卡设计局设计的AL-31F发动机。这款发动机秉承苏式发动机一贯风格:皮实耐用、动力强劲、性能先进、简单可靠。苏-27系列战机能够做出那么多至今仍让人匪夷所思的“变态”机动动作,一切都是建立在这一最基本也是最重要的基础上。该发动机也是当今世界上公认的五款最先进的大推力军用涡扇发动机【另外4个分别为美国的通用电气公司[简称GE]的F110发动机、美国普惠公司[简称PW]的F100、F119、F135发动机】。
这样我们就可以大致的推测出,苏-27战机失事的情形了,这架我国苏-27战机从机场上正常起飞执行例行训练,在执行飞行任务过程中飞机发动机突然出现故障,空中停车,失去动力的飞机只能依靠优异的气动设计滑翔,高度迅速下降。这个时候飞行员竭尽全力控制飞机,同时想尽办法希望重启动力,但因为种种原因,发动机始终没有启动起来,而下面正是人口密集的人民生活区,飞行员只好操纵战机向海边的滩涂飞去,在战机坠毁前的最后时刻飞行员启动了弹射座椅,但因各种不确定因素的干扰,飞行员弹射失败,双双牺牲……
因此,有人在事后提出针对我国最近这两起飞行事故提出了很多具有建设性意见:试飞用的战机毕竟受飞机的技术状态尚未稳定,又经过高强度的科研试飞,特别是有些极限科目的试飞对飞机造成一定的破坏性,因此并不适合飞行表演。我国未来在相关的飞机表演时,组织方应充分考虑选用机型和飞机本身寿命,避免类似的惨剧重演。
苏-27战机事故表明了我国海空军存在着很严重的弊端——缺乏先进的教练机!我国当今的海空军仍装备着大量的、性能落后的歼教-7教练机,该机采用机械操纵系统,被称为“空军最难飞的飞机”。它训练出来的飞行员很难直接上苏-27战机,还需要在教练机苏-27UB上进行淬火。这样就造成我国的苏-27UB频繁的用于一些基础科目的训练,造成极大的浪费。很多有识之士早就提出,苏-27UB战机虽然定性为教练机,但其战术技术指标优良,机载设备较为先进,完全可以执行一些作战任务,但部队却因无适合的教练机,只能用来大面积执行最简单不过的基础科目训练,浪费了飞机的寿命,也影响了部队作战。近期我国虽然大规模装备教练-9教练机,但是它的整体性能距离部队的要求仍有一定的距离是,这造成苏-27UB仍不得不被从事简单的基础训练。这也造成现役的苏-27UB大部分虽然装备时间不长,但由于使用强度过大,状况并不好。估计这次失事就是因为战机使用强度过大,造成了战机的各方面性能出现了故障,最后造成了机毁人亡的惨剧。因此为了避免类似情况的发生,我国应该大量装备性能先进的教练机,而不是使用苏-27UB这样高新能战机做些简单的基础科目训练。当然这一缺点正随着L-15教练机的成熟逐步消融。这是题外话,笔者不作详细论述。
通过这两件事故,我们可以发现,这两种飞机都装备了当今世界上最顶级的弹射座椅,但最后的结果却不是十分的理想,说明现在的弹射座椅技术仍不能完全的保证飞行员的回家之路是百分之百的安全。由此可见,为了保证飞行员在事故中能够安全回家,各国仍是任重道远!
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根据相关网友拍摄的视频资料来看,“飞豹”战机在出事前做的最后一个动作似乎是小半径盘旋,但是在动作过程中似乎突然失速下坠,然后进入尾旋,最后撞地。根据当时的视频资料看,814号在坠毁前,似乎只有右侧发动机在工作,左侧发动机没有喷出火苗,可能已经停止工作了。
这样我们就可以简单的推测飞机失事的原因:当飞机在做盘旋动作的时候,消耗了较多的速度和高度,也就是我们常说的能量。但在动作过程中,只要飞机保持正常的状态,那么发动机仍可以快速响应为战机提供足够的动力来完成整个机动过程。不过,814号在这个机动过程中,一侧发动机突然停车或者发生了别的故障,造成动力严重不足,飞机顿时进入失速状态。由于推力不平衡,让飞机进入了尾旋状态。处于尾旋状态下的战机若处于适当的高度和速度情况下,且战机性能稳定而先进,在优秀飞行员的驾驶下仍可以改出。不过,814号处于那样的低空低速状态下,飞行员根本没有足够的时间来处理这样的紧急情况,虽然后舱飞行员跳伞成功,但前舱飞行员因没有足够的时间,最后牺牲了。
“飞豹”这个坠毁过程的视频是因其正在进行飞行表演才得以完整的保留下来,而苏-27战机则正在进行常规训练,基本没有相关的视频资料留下,只有当场的几个人看到这一过程。根据目击网友拍摄的视频显示,苏-27战机坠毁后起火燃烧的黑烟高达数十米,拍摄者目击了坠机过程,称飞机坠毁前一直飞的很低,且不稳定,在空中飘来飘去,似乎机翼附近还有什么不见掉下来。最后像折翼的鸟儿一样飘落起火。根据相关专家分析,从苏-27事故图片看,飞机的残骸比较完整,可初步判断飞机坠毁前应处于一种临界可控状态,如完全不可控,飞行员很早就会决定跳伞。而处于临界可控状态下,决策余地比较大,飞行员或觉得可以挽救飞机,但最后的各种努力尽付东流,机毁人亡。
从有限的公开的资料显示,失事的苏-27战机是水平平躺在沙滩上的,而不是垂直扎在地面上的,同时根据目击者表示,飞机是“飘落”下来的,同时飞机的形状保持的比较完整,机翼和垂尾都基本没有太大损伤,只有座舱盖打开。从这点可以看出,战机在失事时是完全处于可控状态下。这也就给了飞行员在危难关头从容处理危情的时间。而基本保持完整的机体外形说明战机在失事时内部并未出现不可控制的爆炸等较大故障,所以笔者从这些情况推测,估计这次事故可能是和发动机故障有关,很大可能是发动机在空中发生停车,飞机失去了动力,飞行速度较慢。不过苏-27系列战机的气动设计在当今世界战机界那是出了名的优秀,机身表面宽大,与机翼融为一体,同时两个巨大的发动机舱之间有一个巨大的沟渠,约束住危险情况下的紊乱气流。而宽大的机身致使战机即使失去动力,仍能保持较高的飞机升力,提高了飞机的升阻比,这样飞机即使失去动力,也不会马上坠地,而是可以凭借空气动力滑翔一段距离,所以这也是为什么目击者看到飞机不是垂直扎地,而是“一直飞得很低,在空中飘来飘去,似乎机翼附件还有部件掉下来,最后像折翼的鸟儿一样飘落下来”。这样可以从水平着地的姿势可见一斑。
从公开的资料可知,苏-27的前机身基本保持完整,损坏主要集中在机身下部,这也说明飞机时以机腹着地,这也是标准的飞机降落姿势,所以我们可以推测战机的各项系统,例如液压系统、操纵系统,甚至是航电系统在坠毁前的最后一瞬间仍保持一定的工作状态,换句话说飞机在坠毁前的一段时间内还是可能保持在可控状态,并不是飞机突然失控坠地,不给飞行员逃生的机会。否则以苏-27这种高达20多吨的重型战机,直接若是直接失控坠地,机体绝对不会保持这么完整的。
另外,战机的整体机身基本保持完整,特别是后机身,但机头部位的座舱时打开的。根据国际上战机的设计流程可知,战机的舱盖采用锁环扣入锁销之中,以便保证舱盖和座舱的密闭性。作为作战飞机,战机的飞行速度、机动程度、所处环境绝对恶劣的不得了,所以舱盖和座舱之间的锁环绝对坚固,以保证舱盖在正常飞行时不管在什么情况下都不会打开。当年美国的F-22战机就发生过因为程序问题,舱盖锁环失效罢工,飞行员被困在座舱中,最后,不得不用电锯把座舱割开的糗事。因此,正常飞机的座舱若不是飞行员认为打开,外力若能打开,那么这个力量绝对大的离谱,飞机的结构不太可能会保持如此完整。从这点可以看出,失事的苏-27战机的座舱已经打开,那说明飞行员可能在最后时刻已经启动了飞机上的火箭弹射座椅。不过,在失事战机附件并未找到飞行员座椅,因此很大可能是在坠机前就已经启动了弹射座椅。
不过,我们可以出战机坠毁地点看出端倪,战机坠毁地点离岸边有一段距离,离村庄较远。坠毁地点是一片水产养殖地,当时尚未到收获季节,因此没有人在坠毁地,没有人员伤亡,财产损失也基本可以忽略不计。但在坠毁地附件有大桥,有海边的养殖场,还有一处停泊不好船只的码头,失事飞机避开了这些区域,坠毁在人迹少至的滩涂。笔者初步估计,当时两名飞行员可能是为了寻找安全地带,没有选择当时就跳伞。而在找到安全地带后,虽然启动了弹射座椅,但因失去了最佳机会,丧失了逃生的最后机会,最后全部壮烈牺牲了。
目前,我国战机装备的弹射座椅系统启动相对简单,且系统化,只要飞行员启动弹射系统,弹射系统会自动按照事先程序逐一启动各项程序,完成飞行员的逃生。飞行员被弹射到空中时,装备在座椅上的各个救生系统都会随之启动,例如海上救生包自动打开、救生船自动充气、救生电台自动启动并发生求救信号。虽然事先工作做得十分的完善,但最后仍付出了惨痛的代价。
当然,可能会有人会问,我国这两次事故的战机都不是装备了世界上最顶尖的弹射座椅吗?怎么最后都没有能挽救飞行员的性命呢?
“飞豹”事故中,后舱飞行员逃生成功,说明弹射座椅的可靠性还是十分的高的。只不过,前舱飞行员因程序问题后跳伞,从而丧失了最佳机会,魂断蓝天。而苏-27战机装备的弹射座椅可是当今世界公认的NO.1的K-36D系列弹射座椅。结果仍是付出了惨痛的代价。笔者根据众多公开资料推测原因可能有两个:一个是弹射座椅没能正常工作。我们知道,弹射座椅再可靠,但毕竟是机器不可能会保证永远的、百分之百的、随时随地的可能,比如没有没有正常弹射,或者弹射后没有正常人\椅分离、降落伞没有正常打开等等;第二是弹射随时正常了,但因飞机失事区域太过复杂,仍未能保证飞行员的人身安全。
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 楼主| 发表于 2014-4-11 09:56 | 显示全部楼层
具体分析两次事故的原因
根据相关网友拍摄的视频资料来看,“飞豹”战机在出事前做的最后一个动作似乎是小半径盘旋,但是在动作过程中似乎突然失速下坠,然后进入尾旋,最后撞地。根据当时的视频资料看,814号在坠毁前,似乎只有右侧发动机在工作,左侧发动机没有喷出火苗,可能已经停止工作了。
这样我们就可以简单的推测飞机失事的原因:当飞机在做盘旋动作的时候,消耗了较多的速度和高度,也就是我们常说的能量。但在动作过程中,只要飞机保持正常的状态,那么发动机仍可以快速响应为战机提供足够的动力来完成整个机动过程。不过,814号在这个机动过程中,一侧发动机突然停车或者发生了别的故障,造成动力严重不足,飞机顿时进入失速状态。由于推力不平衡,让飞机进入了尾旋状态。处于尾旋状态下的战机若处于适当的高度和速度情况下,且战机性能稳定而先进,在优秀飞行员的驾驶下仍可以改出。不过,814号处于那样的低空低速状态下,飞行员根本没有足够的时间来处理这样的紧急情况,虽然后舱飞行员跳伞成功,但前舱飞行员因没有足够的时间,最后牺牲了。
“飞豹”这个坠毁过程的视频是因其正在进行飞行表演才得以完整的保留下来,而苏-27战机则正在进行常规训练,基本没有相关的视频资料留下,只有当场的几个人看到这一过程。根据目击网友拍摄的视频显示,苏-27战机坠毁后起火燃烧的黑烟高达数十米,拍摄者目击了坠机过程,称飞机坠毁前一直飞的很低,且不稳定,在空中飘来飘去,似乎机翼附近还有什么不见掉下来。最后像折翼的鸟儿一样飘落起火。根据相关专家分析,从苏-27事故图片看,飞机的残骸比较完整,可初步判断飞机坠毁前应处于一种临界可控状态,如完全不可控,飞行员很早就会决定跳伞。而处于临界可控状态下,决策余地比较大,飞行员或觉得可以挽救飞机,但最后的各种努力尽付东流,机毁人亡。
从有限的公开的资料显示,失事的苏-27战机是水平平躺在沙滩上的,而不是垂直扎在地面上的,同时根据目击者表示,飞机是“飘落”下来的,同时飞机的形状保持的比较完整,机翼和垂尾都基本没有太大损伤,只有座舱盖打开。从这点可以看出,战机在失事时是完全处于可控状态下。这也就给了飞行员在危难关头从容处理危情的时间。而基本保持完整的机体外形说明战机在失事时内部并未出现不可控制的爆炸等较大故障,所以笔者从这些情况推测,估计这次事故可能是和发动机故障有关,很大可能是发动机在空中发生停车,飞机失去了动力,飞行速度较慢。不过苏-27系列战机的气动设计在当今世界战机界那是出了名的优秀,机身表面宽大,与机翼融为一体,同时两个巨大的发动机舱之间有一个巨大的沟渠,约束住危险情况下的紊乱气流。而宽大的机身致使战机即使失去动力,仍能保持较高的飞机升力,提高了飞机的升阻比,这样飞机即使失去动力,也不会马上坠地,而是可以凭借空气动力滑翔一段距离,所以这也是为什么目击者看到飞机不是垂直扎地,而是“一直飞得很低,在空中飘来飘去,似乎机翼附件还有部件掉下来,最后像折翼的鸟儿一样飘落下来”。这样可以从水平着地的姿势可见一斑。
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发表于 2014-11-6 15:13 | 显示全部楼层

二楼是我的

竟然是二楼,说尽心中无限事,用什么浏览器看片?UC看片排版好!!
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