弹射救生技术的回顾与展望

回顾

自1783年人类第一次实现气球载人飞行后,便产生了航空应急救生问题.1903年美国莱特兄弟首次实现了动力飞行以后,在飞机失事时,如何挽救飞行员的生命便提上了议事日程.第一次世界大战期间,约有800名气球观测员从失事的气球上跳伞获救.第二次世界大战中,降落伞已成为军用飞机必备的救生工具.

随着飞机飞行速度的不断提高,只靠飞行员的体力爬出座舱跳伞逃生越来越困难.当飞机飞行速度达到500千米/时,飞行员必须借助外力才能应急离机救生.

二次世界大战快要结束时,德国首先把弹射座椅用作军用飞机飞行员的救生工具.弹射救生技术从上世纪中期开始应用于军机,到目前为止,已经历了四个发展阶段.

第一代弹射座椅：弹射座椅发展的第一阶段大约从20世纪40年代中期到50年代中期.这一时期的座椅为弹道式弹射座椅.它主要解决了飞行员在高速条件下的应急离机问题.如英国的MK1、MK5,俄国的米格-15、米格-17飞机上的弹射座椅等.英国的马丁·贝克飞机公司是这一时期的典型代表.该公司首先使弹射过程自动化.为了提高弹射机构离机的初始速度,研制了多级套筒或多弹式弹射机构,为挽救飞行员做出了贡献.

第二代弹射座椅：弹射座椅发展的第二阶段大约从50年代中期到60年代中期.这一时期的弹射座椅为火箭弹射座椅.它的主要特征是把火箭作为弹射座椅的第二级动力,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的问题,并可以在更高的飞行速度（1100千米/时）下应急弹射离机.

第三代弹射座椅：弹射座椅发展的第三阶段大约从60年代中期开始一直持续到今天,属于多态弹射座椅的发展时期,其主要特点是采用了速度传感器（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.国外现役机种装备的弹射座椅绝大部分为第三代弹射座椅.

目前,国外装机服役的第三代弹射座椅以俄罗斯的K-36系列、英国的NACES（MK14）和MK16为主要代表.

K-36系列弹射座椅为俄罗斯星星科研生产联合体于60年代中期研制成功的第三代弹射座椅,目前已生产12000多台,并形成了独联体各国的通用化系列座椅,其突出特点是稳定性和高速性能.尤其是在1989年巴黎航展期间,一架装有K-36座椅的米格-29飞机在作机动飞行表演时,因发动机故障造成飞机失速,在极其不利的条件下,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.

NACES（MK14）是英国马丁·贝克公司为美国海军研制的通用化座椅.装机服役后,便开始了PI（预规划产品改进）计划,该计划的第三阶段计划利用第四代弹射座椅的技术,使NACES具备第四代弹射救生座椅的基本特征.

MK16系列座椅是英国马丁·贝克公司于20世纪90年代初研究的新式弹射座椅. MK16系列的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,电子程控器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.目前已装机欧洲“台风”,法国“阵风”,美国F-35等机种.

第四代弹射座椅：弹射座椅发展的第四阶段实际始于70年代末期,因而与第三阶段的后期相互交织在一起,平行地向前发展.它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.

1984年美国又开始了为期五年的乘员弹射救生技术（CREST）计划,目标更加先进,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.为了试验验证CREST计划,又开展了多轴滑车（MASE）和先进动态模拟检测人（ADAM）研制计划.

我国对弹射救生技术的研究起步较晚,20世纪50年代到60年代末期,主要是生产前苏联的弹射座椅,如米格飞机系列的弹射座椅等,直到70年代初期才开始第二代火箭弹射座椅的研制,目前自行研制的第三代弹射座椅已装机服役,分别具有电子和机械程序控制器,具有多态程序控制能力,可根据弹射离机时的速度、高度选择不同的延迟时间,控制射出救生伞及人椅分离的时机,一定程度上提高了低空、中低速不利姿态下的救生性能.

展望

加强新一代弹射救生技术的应用

英、美等国现役弹射座椅的名义性能包线为：在平飞条件下,飞行高度0～15000米,飞行速度0～1100千米/时,M≤2.5.迄今为止尚没有1100千米/时成功弹射的事例.俄罗斯K-36系列座椅的高速性能比英美等国的要好.

扩大救生性能包线（0～1400千米/时,M数3.0,高度0～21千米）：具有超过MLI-S-18471G要求的机动飞行救生能力；具有自适应连续控制的程序系统（根据生命威胁情况和弹射条件,如乘员重量、弹射速度、高度、温度及飞机姿态等）,采用惯导技术,及时而自动地选择或调整弹射程序、弹射动力大小及方向.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.

另一个问题是飞行员范围的不断扩大.现役弹射座椅是按第5～第95百分位飞行员进行设计的.从目前发展趋势来看,不但要把乘员的适用范围扩大到第3～第98百分位,而且还要考虑到女性飞行员的范围.另外女性飞行员对弹射加速度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.

此外,新技术、新材料（复合材料、高强度的特纺材料等）、新工艺的应用,将进一步推动弹射救生技术的发展.

扩大弹射救生技术的应用领域

以前的弹射救生技术主要用于高速飞行的军用固定翼飞机,随着弹射救生技术的发展,预计今后将向武装直升机、民用飞机以及载人航天飞行器等领域发展.

近20年的局部战争如伊拉克、阿富汗战争表明武装直升机的作用越来越重要,但其救生成功率不能令人满意,目前仅靠适坠座椅难以满足直升机救生的要求.俄罗斯卡-50武装直升机已装备了牵引火箭式弹射救生系统.预计今后将加大研制直升机救生系统的力度.

20世纪70年代末,英美等国曾为民用飞机的救生问题设想了很多方案,例如分离救生舱、牵引火箭座椅、飞机整体回收等.由于当时的技术还不够成熟,再加上这些方案对飞机的性能、重量、成本等影响太大,这些方案难以工程化.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,小型民用公务机的整体回收或分离救生舱方案将有希望得到实际应用.

自从1961年前苏联首次实现载人航天飞行以来,航天救生便提到了议事日程.1986年元月“挑战号”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,由于当时服役的航天飞机不可能变动太大,所以最后选用了滑竿式救生方案,但因其救生包线小,只适用于低速飞行状态.

我国弹射救生技术经过了几十年的努力,已经跨入了独立研制弹射救生设备的行列,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.但与国外先进弹射救生技术相比还有很大差距.为了缩短与国外的差距,必须选准突破口,加大投资强度,研制出具有我国知识产权的先进救生系统,以实现跨越式发展.