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发布时间:2018-01-21 21:54

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中国研制新一代航空弹射救生技术


来源:中国航空报
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中国研制新一代航空弹射救生技术

资料图:图为进行弹射座椅实验

许多人对第38届巴黎航展上,一架单座米格-29飞机失事弹射救生的情景至今仍记忆犹新。这架飞机在做低空机动表演时因失速而坠毁,就在飞机触地前2.1秒,飞行员成功实施低空不利姿态弹射而获救,令世人叹为观止。

应急弹射,往往是保存生命的一个瞬间。从飞行员启动弹射程序、座椅弹射离机、人椅自动分离直至救生伞张满,整个过程必须在3秒之内自动完成。在这个过程中,弹射操纵、弹射动力、程序控制、人/椅稳定、人/椅分离、救生伞等子系统及相关部件必须高度协同,以确保“万无一失”。

由于很少有人有弹射的真实经历,航空弹射救生技术不要说是对于一般人,即使是从事飞行职业的人,也是非常神秘的。

揭秘飞行员的第二生命——弹射救生座椅

自1783年人类第一次实现气球载人飞行后,就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成为当务之急。

在第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20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,即20世纪40年代中期到50年代中期的弹道式弹射座椅;50年代中期到60年代中期的火箭弹射座椅;60年代中期开始一直持续至今的多态弹射座椅;第四代弹射座椅始于70年代末,它与第三代座椅的后期发展相互交织平行推进,具有推力矢量可控及自适应救生能力。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,主要以俄罗斯的K-36系列、英国的NACES(MK14)、MK16为代表。

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,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。

从飞行试验认识弹射救生技术

航空救生系统包括弹射座椅、伞系统、个体防护装备、供氧系统和救生物品等。它不仅要满足现代飞机日益提高的战术技术性能要求,而且还必须符合人体生理和耐限的规定,是一个涉及数十个学科的典型的人-机-环系统工程。

弹射救生系统试飞技术是在专门的弹射试验设备上,利用专门的测试设备,获取弹射救生系统弹射全过程的各种性能参数的记录曲线和数据,处理和分析确定出弹射救生系统的工作性能。弹射救生系统的试验是从易到难逐步进行的。一般先进行平飞状态,再进行各种简单机动状态,最后进行较为复杂状态的飞行试验。试验机飞行高度、速度采用逐步渐近的方式,以便保证试验机及试飞员的安全。

平飞状态下弹射试验方法较简捷,地面按照任务单要求完成各项准备后,试验机与编队摄像飞机起飞编队,试验机达到试验高度后,按要求整好进入靶场的航线,当试验机临近弹射试验场区上空时,试飞员经请示指挥员同意后,严格按照试飞任务单要求执行弹射前准备,当试验机到达预定弹射试验范围时,接通弹射激发按钮,座椅弹射出舱;编队飞机摄影员和地面测量、回收人员根据试验机试飞员口令控制开拍和记录时机,并观察救生系统工作情况。

机动飞行状态下的弹射试验一般包括相关国军标中规定的状态。机动飞行时飞机本身的高度、速度、方向、过载都在急剧变化,但为保障弹射试验的圆满成功,在弹射试验中飞机要求必须保持几个因素不变,如在倒飞、横滚、盘旋时,严格保持飞机姿态不变。

弹射救生系统无论平飞状态弹射试验和机动状态弹射试验都是试飞中Ⅰ类、Ⅱ类风险科目,试验准备情况要求严格,必须确定开展试验时飞机状态在弹射试验机的安全试验包线范围内。飞机弹射救生系统的基本作用,是使飞行员顺利脱离失控飞机,并使救生伞可靠工作,保证飞行员安全。要完成这两项任务,在整个弹射救生实施过程中,必须同时考虑以下要求:救生自动程序;弹射救生系统必须顺利离开飞机,保证不出现与飞机任何部分发生干扰;弹射救生系统工作过程中,保证作用在人体上的载荷不超过人体生理耐限;防护装备应有效防护飞行员免受迎面气流的吹袭而损伤;弹射救生系统弹射离机后保证救生系统和飞行员处于稳定运动状态。

飞行试验为弹射救生技术把关

伴随弹射座椅技术的发展,在我国,由中航工业试飞中心承担的弹射救生技术的研究和验证工作也得到快速发展。20世纪60年代至今,试飞中心在弹射试飞技术方面先后经历了地面弹射、火箭滑车和空中弹射的发展过程。飞行试验的高度、速度及状态也经历了从低到高、从慢到快,从平飞到简单机动,再到复杂机动的发展。

第一,地面弹射试飞技术。1964年,试飞中心正式展开飞机高空设备和防护救生飞行试验研究。当年,经试飞中心航空救生系统组全面调试验收后,我国首个大型立式弹射台正式交付使用,为航空救生系统的试验研究创造了有利条件。同时,因为进行一次弹射试验所需经费较大,为得到可靠的救生系统有关数据。1965年,试飞中心创造性提出使用弹射试验遥测记录系统,这是我国第一代弹射试验遥测系统。从20世纪60年代至今,这一技术还一直被沿用。

第二,火箭滑车试飞技术。1969年,试飞中心组织某型火箭弹射座椅的性能弹射试验,包括零高度、零速度地面弹射试验,低、中速火箭滑车弹射试验及空中弹射试验等。仅用3个月的时间完成了低、中速火箭滑车弹射试验,又生产了高速火箭滑车,为国家节约了大量经费,为我国随后研制火箭滑车提供了宝贵的经验。1972年组织的第二阶段空中弹射试验,主要解决了我国弹射救生系统零高度、小速度下的飞行员安全救生问题。

第三,空中弹射试飞技术。1968年,试飞中心组织人力物力致力于研究空中弹射试验机,全面推进航空弹射救生系统研制,获1978年全国科学大会奖。该机圆满完成了数十项弹射救生系统的定型和预研课题任务。1981年,在地面滑跑状态下进行弹射试验的成功扩大了弹射试验机的使用范围。1973 年,首次结合火箭弹射座椅定型,进行的空中真人弹射试验成功,为我国弹射救生系统的研制发展做出了重大贡献。

弹射救生技术跻身世界强国之列

航空救生技术是飞机上最为复杂的协同体系之一,世界航空大国对发展航空救生技术高度重视。美国1983年将飞行器的乘员安全救生技术确定为对未来军用飞机产生重大影响的17项关键技术之一。我国也将防护救生系统列为重点军用航空机载设备发展项目之一。

1998年,某型机作机动飞行时失去控制,飞机距地面仅300米,速度600千米/时,并以40度的俯冲角加40度侧滑角快速下沉。在此紧急情况下,飞行员果断拉动弹射手柄,座椅弹射成功,飞行员未受任何损伤。1999年,某型机作编队飞行训练时,飞机未能正常起飞,以大速度冲出跑道末端,撞在拦阻网的固定杆上,飞机出现右滚,飞行员果断启动弹射程序,双座弹射均获成功,验证了一机双椅双弹技术的成熟。

2000年,采用多项新技术的某型机弹射座椅首弹成功。2001年,在火箭弹射座椅定型试验中,试飞中心首次在弹射试验机上进行了多项不利飞行状态下的座椅空中弹射试验,这是我国第一次进行机动状态和高速状态下的座椅弹射试飞。该试验的成功,使我国的飞行弹射试验技术上了一个新台阶,跻身于世界先进行列,该技术创新荣获国防科技技术二等奖。

某型火箭弹射座椅采用了国内首次研制的多项新技术和部件,特别是采用电子式程控器,提高低空低速不利姿态的救生性能;其改型火箭弹射座椅的双座救生性能已具有国外现役装备中的先进的第三代弹射座椅水平,我国弹射试验技术也趋于成熟。正是这种卓越的性能和它所创造的瞬间奇迹,奠定了我国航空救生技术的强国地位。目前,以弹射座椅为核心,我国已形成包括弹射座椅、伞系统、个体防护装备、供氧系统和救生物品等系列航空救生装备在内的科研、生产、试验一体化的科研生产体系,基本满足了飞行员海上、寒区、沙漠、丛林、高原安全救生的需求。

展望世界弹射救生技术发展

传统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。

自从1961年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“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,所以最后选用了滑杆式救生方案,但因其救生包线小,只适用于低速飞行状态。

伊拉克、阿富汗等局部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,目前仅靠抗坠毁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,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。

此外,扩展弹射座椅的名义性能包线,适应飞行员范围的不断扩大等也是弹射救生技术发展的必然趋势。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数≤2.5。迄今为止尚没有1100千米/时成功弹射的事例。要扩大救生性能包线(0~1400千米/时,M数3.0,高度0~21千米),即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。

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。

关键词: 中国 研制 航空弹射救生技术
 责任编辑:王家良  
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