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从历史中走来

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  随着飞机速度的提高,速压增长很快。飞机的速度超过400千米/小时,飞行员爬出座舱跳伞已是力所不及,这就导致新的飞行员救生装置――弹射座椅登上历史舞台。1938年。弹射座椅首先在德国产生。德国容克斯JU88型府冲轰炸机在做飞行振动试验时,为防止飞行员出现不测,容克斯公司采用橡筋绳作为动力。将座椅与飞行员一起弹离飞机,但试验效果并不理想。德国人没有就此罢休。1940年,德国亨克尔公司首先制成一种弹射座椅。它以压缩空气为动力,将座椅与飞行员弹离飞机。该座椅的结构包括:头靠垫、背垫、脚蹬和扶手。弹射时。飞行员双脚收回放在脚蹬上,双手握住扶手。其他装备如降落伞放在椅盆内,弹射筒装在座椅背面,而弹射操纵杆紧靠右侧扶手,压缩空气瓶则装在座舱地板下面。
  第二次世界大战期间,德国新型战斗机装备了这种弹射座椅。1943年1月13日,试飞员斯切克在试飞亨克尔公司的He280六型飞机时,该机因结冰失去控制。于是,斯切克使用这种弹射座椅弹离出事飞机而保全了生命,他因此成为世界上第一位采用弹射座椅成功应急离机的飞行员而享誉全球。此后,世界各国战机纷纷装上这种弹射座椅,如德国亨克尔公司的He-210战斗机和道尼尔公司的Do-335重型战斗机。到第二次世界大战结束,德国至少有60名飞行员由于使用了这种弹射座椅而得救。美国的战机也安装了这种弹射座椅,飞行员们形容说他们就像瓶塞子从瓶口进发出去一样被弹离了飞机。
  用压缩空气作为弹射座椅的动力缺点很多。首先,压缩空气的容器重量大,并有漏气的危险性。不安全;其次,弹射能量小,座椅轨迹不够高。不足以越过高高的飞机垂尾。1944年。德国亨克尔公司又研制出以火药弹射弹为动力的弹射座椅,并安装在He-162战斗机上。于1944年12月进行了首飞。瑞典在发展战斗机的同时也致力于弹射座椅的研制工作。1942年,瑞典在Saab-17攻击机上进行了假人弹射试验取得成功。1943年,在Saab-21型战斗机上装备了由火药弹射器作为动力的弹射座椅。
  
  第二次世界大战结束之际,德国以火药弹射器为动力的弹射座椅实物与资料被盟军缴获。在此基础上,英、美、苏和瑞典等各国大力发展弹射器为动力的弹射座椅救生技术,其中以英国马丁公司最为出色。1944年,英国政府邀请马丁・贝克飞机有限公司的常务董事兼总设计师詹姆斯・马丁发展战斗机飞行员的救生装置。马丁总设计师接受任务后全力以赴,并一直从事弹射救生技术的发展,直到1981年逝世。他为这项神圣的事业奋斗了一生,为挽救数以千计飞行员的宝贵生命做出了出色的贡献。
  1946年6月,英国人伯纳德-林肯勇敢地在马丁・贝克公司的试验座椅上进行了成功的真人弹射试验。试验是在“流星”号飞机上进行的。高度为2440米。飞机速度为515千米/小时。这是在英国飞机上进行的第一次真人弹射座椅的弹射试验。1947年8月,勇敢的英国人伯纳斯・林奇在“流星”号飞机上。又为马丁・贝克公司研制的MK-1型弹射座椅进行了弹射试验,试验高度为3560米,速度为675千米/小时。林奇在被弹离飞机后安全着陆。从此,MK-1弹射座椅声名远扬,并被安装在英国“流星”、“攻击者”、“堪培拉”等型号飞机上。MK-1型弹射座椅具备了以下特点:双手拉面帘打火、启动弹射、面帘可保护飞行员面部,配备有初速为18.3米/秒的双弹射筒、0.61米直径的单具减速稳定伞。并且采取了手动人/椅分离和手动拉出主伞。由于这种弹射座椅的弹道运动遵从弹道学的规律,故称这种以火药弹射器为动力的弹射座椅为弹道式弹射座椅。通常认为这是第一代弹射座椅,其代表作就是英国马丁・贝克公司研制的MK-1弹射座椅。
  从1938年弹射座椅登上历史舞台到1946年出现的第一代弹射座椅――弹道式弹射座椅,经历了将近10年的时光已成正果,于是它在航空救生舞台上大显身手。
  弹道式弹射座椅发展迅速。到20世纪40年代末,世界各国很多军用飞机都装备了这种弹射座椅,以解决飞行员强制应急离机的困境。现在看来,这时期弹射座椅的结构虽然比较简单粗糙,但基本上解决了在人的生理极限范围内。从高速飞机弹射离机的问题。然而,这种弹射座椅对于低空救生来说。仍显得无能为力。因此。需要致力于解决零高度弹射救生的难题,而马丁・贝克公司研制的MK-3型弹射座椅实现了零高度救生的目标。1955年9月,勇敢的英国试飞员约翰・法菲尔德在“流星”号滑跑速度达到时速222千米时,由MK-3型座椅弹射离机。在弹射后6秒钟。约翰・法菲尔德安全着陆。实现了零高度一低速度弹射救生,这是具有里程碑式的成就。
  20世纪50年代,是弹道式弹射座椅发展的鼎盛时期。马丁・贝克公司研制的MK-4型弹射座椅是第一代弹射座椅的典型。从1956年起,MK-4型弹射座椅装备到28个国家的35种飞机上。其全部程序已经自动化,只要飞行员拉动弹射手柄,救生程序就会自动进行。一直到飞行员乘救生伞稳定降落。MK-4型座椅的主要特点是:具有初速为22.4米/秒的套筒式弹射筒。采用3个降落伞系统,即1、2级稳定伞和救生伞,而救生伞由稳定伞拉出。救生伞装入马蹄形伞包,安放在座椅靠背内。座椅上装有定时控制器和加速度值控制器,以便根据弹射时飞机的不同速度和高度控制弹出救生伞所需的延迟时间。该座椅还装有腿带式限动机构、面帘主打火及椅盆前缘D环备份打火装置等。MK-4型弹射座椅救生能力为零高度、速度为167千米/小时;使用最大高度为12200米,最大速度为M1.7。
  第一代弹射座椅经过广泛使用。证明其致命弱点是低空救生成功率低。美国空军通过1950~1959年的弹射救生研究证明:80%的死亡是由于低空弹射后。人,椅猛烈撞击地面或水面造成的。而英国马丁・贝克公司对弹射死亡原因的调查结果表明:60%的死亡是弹射安全高度不够造成的;低空弹射不安全有多方面的原因,如弹射动力不够,降落伞开伞较慢等。根据人对过载所能承受的生理极限的限制,再进一步提高弹射筒的性能,其潜力已经不大。于是在1957年出现了弹射筒与火箭包组合动力的弹射座椅,称之为火箭弹射座椅,这标志着第二代弹射座椅闪亮登场了。
  在第一代弹射座椅发展的过程中。还发生过一段小插曲。1952年。美国为轰炸机领航员研制了向下弹射的弹道式弹射座椅。1953年,美国空军上校亨德森首次乘这种弹射座椅弹射成功。后来,美国的B-47、B-52等轰炸机和苏联的图-16轰炸机都曾装备了向下弹射的弹道式弹射座椅。但因为向下弹射救生在低空飞行时很不利。尤其是在起飞和着陆时,如果飞机发生故障便不能救生,因此很快就被淘汰了。
  早期的火箭弹射座椅是弹射筒先点火, 使座椅获得一定速度。接着火箭包点火,继续推动座椅。使其获得足够速度。美国于1956年开始研制火箭弹射器。它由助推器(弹射器)和主发动机(固体火箭发动机)两部分组成。助推器是套筒式的结构,以弹射弹(或发射药)生成的火药燃气作为工质像推动活塞一样,使座椅获得一定速度。在助推器行程接近终止时,助推器的火药燃气使主发动机点火工作。继续推动弹射座椅,使其获得足够的速度。因此,火箭弹射座椅从高速飞机上弹射,能够安全飞越飞机的垂直尾翼;在零高度、零速度弹射时。有足够的开伞高度。
  1957年,美国在弹射座椅上安装了火箭弹射器。1958年,一架F-102飞机成功实现了火箭弹射座椅的第一次救生,飞行员顺利脱险,火箭弹射座椅从此名声大振。这时的英国也看准时机奋起直追。自1958年起,英国开始研制火箭包;到1961年,英国研制的火箭弹射座椅也取得了零高度、零速度安全救生能力。当年4月。英国W・T・海为马丁・贝克公司的火箭弹射座椅所做的零高度、零速度真人弹射试验获得成功。
  我国从1969年开始着手研制火箭弹射座椅,到1984年先后研制出HTY-1、HTY-2、HTY-3等3种型号的火箭弹射座椅,其弹射动力装置为弹射筒与火箭包组合动力。到1985年,我国也研制成功火箭弹射器。
  20世纪60年代初,是火箭弹射座椅辉煌的时期,许多原来装有弹道式弹射座椅的飞机纷纷换装火箭弹射座椅,甚至像F-84这样的老飞机也换上了火箭弹射座椅。
  20世纪70年代,曾出现过在火箭弹射座椅的基础上研制的飞行火箭弹射座椅。1969年,美国根据越南战争经验,提出了“飞行员逃生和营救计划”。要求弹射座椅被弹出座舱后,可以操纵飞行约80~90千米的距离。以选择合适的着陆区域,避免落入敌方境内。计划公布后。应征方案大量涌现。但是从各种方案来看。都是在弹射座椅上加装升力部件和飞行用的动力部件。例如加装的升力部件有帆翼、伞翼等。加装的升力部件、动力部件和操纵部件都制成折叠式的装入座椅的背后。虽然这些方案有的进行了试飞,但都没有投入使用,美国仙童公司设计的帆翼飞行座椅示意图见左上角。
  第二代弹射座椅发展至今快50年了,主要采用火箭发动机作为推力,解决了零一零弹射救生的难题,现仍在大量使用。虽然火箭弹射座椅的性能和可靠性有了很大提高,但根据美国空军历年的非战时应急弹射救生统计数据表明,火箭弹射座椅的平均救生率―直在80%上下浮动,客观地反映了火箭弹射座椅还不具备所有飞行状态下的安全救生能力。如何更好地保障飞行员的生命安全是第三代弹射座椅的“催生剂”。20世纪70年代末产生的第三代弹射座椅,主要是利用速度传感器(程序控制器)解决了多态程序控制问题。美国的ACES-2火箭弹射座椅在飞机倒飞状态下弹射时,最低安全救生高度已降低到46米。我国的HTY-5型弹射座椅也有此功能。
  多年来,一些世界著名的弹射座椅公司生产出多种型号的弹射座椅,如英国马丁・贝克公司从MK-6火箭弹射座椅发展到了MK-16火箭弹射座椅。苏联的米格-23飞机配备的是KM-1型火箭弹射座椅,美国从洛克希德飞机公司的C-2火箭弹射座椅发展到麦道公司的AC ES-2型火箭弹射座椅,中国也研制出HTY-3、HTY-4、HTY-6火箭弹射座椅。世界各国研制的火箭弹射座椅已有几十余种。
  当第三代弹射座椅刚刚登台亮相之时,第四代弹射座椅也于1978年冒出了地平线。第四代弹射座椅实质上是一个具有自适应能力的自动导航的飞行器。第四代弹射座椅要解决的关键技术很多,如推力的大小和方向的控制、座椅的飞行控制、控制逻辑及控制规律、对高速气流的防护等。美国于1978年开始的“高性能弹射座椅”(MPES)计划,要求在飞机处于倒飞状态、离地高度15米的情况下能保证飞行员的安全。为了满足这一要求,必须使人/椅系统离机后自动向上导航,而俄罗斯K-36系列座椅已具有自动弹射功能。该座椅采用了电子监控系统和连续控制技术。当飞机的高度和下沉率达到临界危险值时,它可按预定程序使飞行员自动弹射离机。因此,可以认为K-36系列座椅是三代半弹射座椅。
  “长江后浪推前浪,世上新人超旧人。”弹射救生技术决不会停止不前,一定会继续一代又一代地向前发展!
  
  责任编辑:兆 然
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