超1000km/h弹射救生防护能力浅析

超 1000km/h弹射救生防护能力浅析

李东亮 杨涛 段婉璐

陕西省西安市中航西安飞机工业集团股份有限公司 710089

【摘要】本文通过与国外大速度飞行状态下人员弹射救生能力的比较，对我国弹射救生方面目前可能存在的问题从弹射救生技术、设计理念等方面进行了探索。在弹射救生技术方面，给出了对弹射座椅的高速防护性、出舱稳定性等性能的初步改进、完善设想，在设计理念方面，提出了安全性与舒适性应兼顾考虑的设计思想。

关键词：大速度； 救生技术； 高速防护； 出舱稳定性。

1 概述

对于军用飞机，当空勤人员在1000km/h 以上的飞行速度弹射救生时，相对比较危险。在该情况下弹射离机，对空勤人员的头部、躯干、四肢应采取一定措施加强防护。尤其在大速度、低空、大俯冲的恶劣的飞行状况下启动弹射救生程序，如果座椅高速防护能力不足，很可能导致弹射救生失败，造成机毁人亡。

针对大速度下的弹射救生，参照国外的先进技术，需对我国目前人员弹射救生从的技术、设计理念、人员培训，以及装备使用等方面进行对比研究，进一步提高和完善。

2 弹射座椅对乘员的防护

对乘员大速度下的弹射防护，一直是弹射救生领域的一项重要研究内容。国产座椅高速防护仅采取限腿带、肩带拉紧机构、挡臂器等措施，与国外同类产品相比，差距明显，急需开展乘员头颈、上肢、躯干、下肢在高速气流作用下的损伤机理、防护设计以及防护能力评价等基础技术研究。

（1）头颈防护方面

主动式头颈防护技术的防护机理就是在乘员头部和头靠垫之间设计一种约束装置，在弹射出舱进入高速气流之前，约束装置工作，将乘员头部下压，使乘员头颈部做出一种能有效降低头盔升力的防护姿势；进入高速气流后，由于头颈活动空间受限，防止了颈部剧烈甩打和头部撞击头靠，从而对乘员头颈起到防护的作用。

英国马丁公司研制MK-16E（装配于F-35飞机）座椅配备的气囊式头颈防护装置，在乘员进入高速气流之前，乘员头部和头靠垫之间会鼓起一个气囊，其充气后能将乘员头部下压，减少头部活动空间，使乘员头颈部做出一种能有效降低头盔升力的防护姿势；同时，气囊可以通过变形吸收头部冲向头靠伞箱的冲击载荷，从而对头颈起到高速防护的作用。

美国古德里奇公司研发的ACES-5型弹射座椅，配备有机械式颈部防护装置。该座椅头靠可在弹射过程中实现下放，填补了乘员低头后头部与头靠之间的间隙，减小了头部向后甩打的碰撞空间。头靠两侧分别有一根保护侧杆，下放后位于乘员头盔两侧，可承受头盔侧向气动力，有效限制乘员头部向左右两侧的运动。

借鉴国外的成功经验，目前我国弹射座椅在头颈防护方面一般可采取气囊式头颈防护、机械式头颈防护这种成熟的技术。

采用气囊式头颈防护，可在座椅头靠前增加气囊，气囊启动前与座椅头靠垫融合为一体，为乘员提供支撑。在弹射时，使气囊启动充气时，在头靠垫与乘员头部间形成一个气囊，将乘员头部下压，同时颈部两侧伸出2个气囊分支，对乘员头部活动空间进行约束限位，起到对头部的防护作用。

采用机械式头颈防护，可在头靠伞箱前设置下放装置和保护侧杆，下放装置启动前，可作为座椅头部支撑垫，在弹射时，保护侧杆连同头靠一起下放，侧杆对头部两侧进行约束，头靠对头部后方进行约束。当人椅分离时，保护侧杆连同头靠迅速收回，以避免对人椅分离产生影响。

（2）上肢约束防护方面

研究表明，当表速超过830km/h弹射时，没有上肢防护装置，单靠身体对抗，人体手腕是不能保持在中央拉环处，因此，在此速度之上必须采用上肢防护装置，并且做好充分的身体对抗，才能保证上肢有效约束。

俄罗斯K-36系列座椅通过上肢约束限臂板具有的“先外展，后夹紧”功能，缩小乘员上肢的活动空间，从而进行有效约束，起到高速防护作用。

美国ACES-5座椅采用限臂网形式，当乘员手臂不能对抗高速气流，而从中央拉环处脱离时，限臂网能“兜住”乘员胳膊，防止发生甩打，起到对上肢的约束防护。

英国马丁系列弹射座椅采用限臂带形式，结构类似于限腿带，一端与飞机连接，另一端连接在座椅上，在座椅起动上升的过程中，与飞机连接的限臂带会快速拉紧，对上肢进行约束，限臂带在拉紧后会自动剪断，脱开与飞机连接。

参考国外的约束防护技术，兼顾限臂器下放时的安全性，建议采用气囊限臂器技术。气囊限臂器是在原限臂器内侧增加气囊，在座椅上增加充气模块。当乘员起动弹射时，气体发生器工作，使气囊充气膨胀，限制乘员手臂在高速气流下的外展运动。

4 弹射座椅稳定性技术

火箭弹射座椅出舱后的人-椅系统气动特性下很不稳定，一旦出现一定偏转时，气动载荷会加剧偏转程度。因此如果没有采取专门的稳定措施，很容易在弹射运动中产生剧烈的旋转，造成人员损伤，影响弹射高度，干扰人椅分离工作。

我国弹射座椅采取稳定减速伞与座椅两点连接，座椅弹射出舱后，利用稳定伞增大阻力，防止座椅旋转。而两点式连接方式在高速情况下，不能有效的抑制俯仰方向的旋转。

英国MK-16座椅采用四点连接稳定伞系统，通过射伞炮快速射出稳定伞，保证了座椅在出舱后，稳定系统就能在极短时间内发挥作用。

美国ACES- II座椅采用两点连接稳定伞，通过牵引火箭快速射出稳定伞，保证在座椅出舱后迅速发挥作用。

由于英国MK-16座椅和美国ACES- II座椅系统控制过于复杂，因此，建议借鉴俄罗斯的技术和经验，采用侧向姿态火箭同时工作的方式，改善座椅高速弹射时的稳定性能。具体做法是在头靠伞箱两侧各安装一个方向可调的侧向姿态火箭，在弹射离机后，通过电子程控器感知座椅姿态，控制左、右两侧的姿态火箭的工作，快速有效的调节座椅的姿态轨迹。

5 结束语

人员弹射救生是否成功涉及多方面的因素，通过采取大量的高速弹射下的防护措施和座椅稳定技术，可大大提高极端情况下的人员救生成功率；通过积极展开救生技术高速度下的试验验证手段和方法研究，高速弹射下的防护措施和座椅稳定技术，会随着飞机性能的飞速发展而进一步提高和完善。

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