高级概念弹射座椅

  出品:科普中国

  作者:瑷敏工作室

  策划:白璐

  监制:光明网科普事业部

  由于担心威胁到飞行员的生命安全,美国空军B-1B战略轰炸机日前全部暂时停飞。此次停飞源自今年5月1日美军第7轰炸机联队B-1B战略轰炸机的紧急迫降,虽然事故与B-1B战略轰炸机的发动机有关,但当机组试图弹射逃生时,却发现“高级概念弹射座椅”ACES
II型发生弹射失败。确保飞行员平安归来,是各国空军长期保有的愿望和努力的方向。一旦在飞行过程中遭遇不测,对于飞行员而言,如何安全地逃离机舱成为必须优先解决的头等大事。因此,在现代作战飞机和一些小型民用飞机上,都普遍配备了被称为“生命之翼”的弹射座椅。

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  弹射座椅

  一次与死神的艰难抗争

  培养一个成熟的飞行员,需要付出极其昂贵的代价,目前的通用算法是飞行员体重三倍的黄金价格。而真正能够驾驭作战飞机的飞行员,其战略和战术价值是黄金所远不能比的。

  第二次世界大战期间,拥有强大空军的纳粹德国,随着战势的逐渐扩大,飞行员的数量却大幅锐减。究其原因,就是当时时速高达600公里的战机一旦遭遇空中险情或被敌人击落,飞行员几乎没有时间爬出座舱跳伞,即使侥幸成功爬出也常出现被强气流吹倒、撞到垂直尾翼或水平尾翼上身负重伤或直接死亡的惨剧。事实上,当飞机的飞行速度达到400公里/小时的时候,飞行员靠一己之利从座舱内部打开舱盖就已经成为不可能。因此,研制可瞬间将飞行员弹射出机舱,尽力保护飞行员生命安全的弹射座椅,成为各国空军关注的重中之重。

  早在1938年,德国就试验了采用橡皮筋为动力的弹射座椅,其后又装备了以压缩空气为动力的弹射座椅,但二者的性能都未达到实际作战使用要求。在之后的探索中,研究人员成功实现了引爆改装后的高射炮药将飞行员和座椅一起弹出,从此开启了以火药为动力的弹射座椅新篇章。

  战争结束后,弹射座椅技术继续发展完善并得到普遍使用。到上个世纪50年代,美、英等西方国家相继研制出了火箭助推的组合动力弹射座椅。美、苏相继在原有弹射座椅上研制成功了半密闭式和密闭式弹射救生系统,标志着弹射座椅标准化、系统化、模块化的出现。现代化的弹射座椅,已经实现了全自动装置,只要飞行员拉动弹射手柄,座椅将自行完成炸药引爆并弹出。

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  弹射座椅

  悲剧之下如何力挽狂澜

  作为一种在紧急情况下将飞行员弹离失事飞机并使其安全着落的航空救生设备,弹射座椅仍在持续发展。目前,现役战斗机中采用的弹射座椅“零-零”弹射已经是标配。但由于没有从根本上解决座椅离开飞机时特定角度问题,在实际低空飞行中,弹射失败的案例不胜枚举。

  为进一步解决低空弹射救生时对飞机俯仰角度和坡度的限制,新一代弹射座椅主要“解锁”了座椅离机时对飞机状态的限制,实现了对弹射座椅飞行轨迹的控制,然而并没有真正实现任何状态尤其是低空弹射时对飞行条件的限制。也就是说,弹射失败依旧在所难免。

  1989年巴黎航展,米格-29战机发动机空中停车而失控坠毁,飞行员在接近零高度的空中借助K-36D弹射座椅成功逃生。弹射救生系统的工作过程,主要包括“四部曲”。当飞机遇到危险或发生严重故障时,飞行员拉动弹射座椅的特殊手柄或拉环,就可快速启动救生程序。之后,弹射系统将“人机分离”,预埋在飞机座舱盖玻璃中的微爆破索爆炸,将座舱盖炸成碎片,位于座椅下方的火药包起爆并产生强大推力,将座椅连同飞行员顺利弹出危险的座舱。为确保弹射出舱的飞行员更加安全,弹射座椅将继续启动背后的助推火箭,将飞行员送至离失事飞机更远、更高的空中。最后飞行员将与座椅分离,背上的引导伞、主伞相继打开,飞行员操纵降落伞“平安返航”。

  救命稻草难免有惊有险

  在弹射座椅长达70余年的实际应用中,成功挽救了许多飞行员的生命。毫不夸张地说,几乎每生产1个弹射座椅,就能够拯救1名飞行员。尤其是采用了单个发动机的战斗机,一旦遭遇空中停车等重大险情,几乎没有“回天之力”,飞行员只能选择跳伞逃生。弹射座椅正是此类特殊情况下,飞行员最后的救命稻草。

  “高级概念弹射座椅”ACES
II型作为此次事故的“罪魁祸首”,恰恰也是目前美国空军最成功的飞行员逃生系统,至今已先后拯救了数百名飞行员的生命。这款弹射座椅不仅重量轻、结构牢固、易于维护,理论上讲还能实现零高度和零速度情况下的安全弹射。目前,美国空军装备的A-10、B-2、F-15、F-16和F-22等战机上都安装了联合技术公司的此款弹射座椅。

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  弹射座椅

  事实上,此前也曾出现过数起飞行员使用弹射座椅逃生失败的严重事故,就连美军最为先进的F-35战机,也没能侥幸逃过。为此,美国空军曾计划将F-35战机配备的安全座椅更换为联合技术公司的“高级概念弹射座椅”ACES
Ⅴ型,以解除弹射座椅带来的飞行员体重限制。

  随着相关技术的快速发展,未来将研制出智能化程度更高、可载人飞行、自主选择逃生路线的新一代弹射座椅。该座椅将充分利用传感器和物联网技术,感知飞机和自身的飞行状态,有效避免失事飞机倒飞时弹射座椅直接“倒栽葱”的局面。该座椅可立刻改变飞行姿态,不仅能规避其他空中飞行器,更可实现多个弹射座椅间的相互通信,规划各自的弹射逃生路线,以实现飞行员的安全逃离。(以上图片来源于网络)

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