彈射救生的問題與要求（對彈射救生系統(tǒng)的基本要求）

軍用飛機的彈射救生系統(tǒng)是了保證乘員能夠迅速逃離負傷的或發(fā)生了嚴重故障，已無法繼續(xù)駕駛的飛機而設計的，確定彈射方案時需考慮方方面面影響安全的因素，以免在救生過程中出現(xiàn)新的危及乘員生命的風險。例如：

彈射時不能讓飛行員撞到座艙蓋上（可采取先拋蓋，后彈射的辦法，或者利用座椅穿破座艙蓋）。

離機時的彈射高度必須大于飛機垂直尾翼的高度。救生過程中應保證飛行員和座椅能夠能在瞬間越過飛機的立翼，以避免向上運動的飛行員或座椅被快速前行的尾翼打到，對飛行員的生命構(gòu)成威脅。

彈射時的設計過載等指標應適度，不能超出乘員可承受的極限。通常情況下，飛行員能夠承受的最大彈射力在1470千克左右，可承受的瞬間過載在16.3～20g之間。因此，彈射座椅在出艙時的設計加速度一般定為150米/秒2至200米/秒2，終速約16米/秒，持續(xù)時間0.12～0.18秒。此外，彈射救生時飛行員還必須按照規(guī)定的程序操作，并保持正確的姿勢，才能免受傷害。

彈射過程必須安全可靠。不僅要保證離機飛行員的安全，也要考慮未離機飛行員的防護（以并列雙座戰(zhàn)斗機為例，先離機的彈射座椅的火箭尾焰和產(chǎn)生的音爆，不能傷及或嚴重影響未離機的乘員）。

除了上述這些基本要求外，在不同的彈射救生環(huán)境條件下，為了確保跳傘人員的生命安全，還有一些特殊的指標必須滿足。

高空救生的問題與要求

所謂高空救生一般是指在10千米以上高度飛機失事時的救生。高空救生面臨的主要問題是：在萬米左右的空中，大氣密度很低，飛行員彈出座艙后將面臨著低溫、低壓、缺氧等一系列的問題，必須為其配備防護裝具。

最貼近地球表面的一層大氣，叫做對流層。其高度從海平面起一直到大約11000米止。 對流層的主要特點是，空氣溫度隨著高度的增加而降低（因而又被稱為變溫層），平均而言，高度每上升1000米，氣溫約下降6.5℃。與此同時，氣壓也隨高度的增加而降低。由于地球引力的作用，在5500米的高度范圍內(nèi)，包含了大氣總量的一半。而整個對流層，大約占了全部大氣質(zhì)量的四分之三。從大約10000米的高度起，直到30500米左右，其大氣溫度基本不變，平均保持在-56.5℃上下，因此被稱為同溫層。

如果飛行員在萬米高空跳傘，那么當?shù)氐臍鈮簩⒅挥泻Ｆ矫娴?6%，空氣密度只有海平面的33.7%，溫度為零下50多度。與海平面的情況相較，當?shù)匮鯕夂康谋壤P系雖然沒變，但絕對值大大下降。在這樣的環(huán)境下待久了，人是很難維持生命體征的。因此，需要為跳傘的飛行員專門設計特殊的裝具，如全壓服、供氧設備等。一般情況下，彈射座椅和飛行員彈離飛機后，不能立即開傘，而應迅速下降到適宜高度（如3000米～4000米），然后再打開救生傘。

低空救生的問題與要求

所謂低空救生一般是指300米以下高度飛機失事時的救生。低空彈射救生的主要問題是飛行高度低、可供救生和臨機處置的時間短，如果不能在有限的時間內(nèi)彈出，在有效的高度上開傘，將難以保證飛行員降落時不受傷害。為此，需要發(fā)展具備零高度、零速度性能的火箭彈射座椅，以便在短時間內(nèi)將飛行員推送到開傘高度。

低空救生的另外一個難題是，由于高度有限，在復雜情況下（尤其是當飛機處于俯沖、倒飛、迅速下沉等不利姿態(tài)時），如何能夠保證安全彈射。這需要火箭彈射座椅在救生過程完全實現(xiàn)自動化，并在技術(shù)方面保證人/椅能夠迅速、機動地上升至安全高度后再開傘。

高速救生的問題與要求

所謂高速救生主要是指飛行速度處于跨聲速段時的救生。一般而言，飛行速度在200千米/小時左右時，如果飛機失事，駕駛員可自己爬出座艙跳傘；而當飛行速度超過400千米/小時后，受氣流壓力的影響，飛行員已很難依靠自己的力量爬出座艙了，必須借助外力離機。而當飛行速度達到800千米/小時以上時，如果不采取保護措施，彈射跳傘的飛行員便會面臨受傷或死亡的威脅。

在大速度狀態(tài)下彈射，迎面而來的高速氣流會對人/椅施加一定的壓力，不克服這種壓力，人/椅是不可能彈離飛機的。但這只是問題的一個方面，另一方面，還要防止高速氣流對飛行員的吹襲。

高速跳傘時，強烈的氣流對人體的影響是非常嚴重的，主要表現(xiàn)為以下幾點：

（1）動壓會對人體形成直接沖擊，可使臉部變形、眼結(jié)膜充血、皮下出血、軟組織撕裂、呼吸困難。

（2）由于迎面來流受到的阻力不均勻，會造成頭部扭轉(zhuǎn)、四肢甩打，從而引起肢體骨折、扭傷、關節(jié)脫位或腦外傷，以至導致意識喪失和死亡。

（3）如果氣流將個人的防護裝具吹掉，將引起缺氧、體溫驟降等問題，并造成傷亡；若飛行員穿的抗荷服或代償服被損壞，將使其失去保護作用。

人體對動壓的耐受閾限為0.316千克/厘米2，超過此值，就會受傷。如果動壓達到0.598千克/厘米2，就將面臨死亡的威脅。試驗結(jié)果表明，飛機表速在800千米/小時時，迎面氣流對人體的動壓達到0.310千克/厘米2；而當飛機表速在1100千米/小時時，對人體的動壓將高達0.580千克/厘米2。因此，人們一般將800千米/小時和1100千米/小時作為高速跳傘的兩個臨界速度。

為了保證飛行員在高空、高速彈射救生時的安全，需為其配備分離式座椅、供氧裝置、頭盔面罩或密閉式頭盔、抗荷服或代償服等，并采用護頭、護臂、護腿裝置，以便在離機時將人體的四肢固定住，抵御在高速氣流吹襲下產(chǎn)生的沖擊、撞擊，并防止低壓、缺氧等因素等人身造成傷害。

彈射座椅的進步與劃代

作為戰(zhàn)斗機、攻擊機、轟炸機等作戰(zhàn)飛機必備的航空救生裝置，從上個世紀40年代至今，彈射座椅的技術(shù)水平以及安全性、可靠性一直在不斷地提升，到目前為止，機載彈射座椅已發(fā)展出了三代，并正在向第四代邁進。

第一代彈射座椅

第一代彈射座椅的典型代表是英國馬丁·貝克公司設計的MK系列的早期產(chǎn)品。該公司于1944年開始研制，1946年6月裝在“流星”式噴氣戰(zhàn)斗機上試驗的MK-1彈射座椅，屬于第一代的初期型。這種救生座椅以火藥彈為彈射動力，是上個世紀40年代技術(shù)最先進的彈道式彈射救生座椅之一。它基本上解決了飛行員在生理極限范圍內(nèi)的高速離機問題。

MK-1存在的主要缺陷是彈射高度不夠，在低空飛行狀態(tài)下跳傘，往往開傘不充分，結(jié)果導致降落傘尚未完全打開飛行員便墜地了，極易造成傷亡。針對這一問題，馬丁·貝克公司對MK-1彈道式彈射救生座椅進行了改進，研制出了性能更好的MK-3型彈射座椅。

1955年9月，MK-3試驗成功。這種第一代彈射座椅的中期型，具有更高的可靠性，其最顯著的特點是，實現(xiàn)了零高度、小速度狀態(tài)的彈射救生。即在相對高度為零（如起飛、著陸狀態(tài)），速度很低的情況下，仍能保證將飛行員和座椅送到安全開傘高度。

隨后，馬丁·貝克公司又開發(fā)出了第一代彈射座椅的后期型——MK-4。該型座椅實現(xiàn)了彈射救生的程序自動化。從1956年開始，MK-4型彈射座椅陸續(xù)裝備部隊使用。在許多國家的空軍中服役了大約十年左右的時間。

第二代彈射座椅

隨著噴氣式作戰(zhàn)飛機平飛速度的增大（由高亞聲速提高到超聲速），早期的彈道式彈射救生座椅在許多方面就不太適用了，必須找到有效的解決途徑。

1957年，美國人開始研究將火箭發(fā)動機與彈道式彈射器組合在一起，以形成一套帶有兩級動力裝置的新型彈射系統(tǒng)。這樣，不僅在高速飛行狀態(tài)下彈射，能使人/椅安全飛越飛機的垂直尾翼，而且在零高度、零速度情況下，也可保證有足夠的開傘高度。

此種救生座椅被稱為火箭式彈射座椅。它實際上有兩個動力工作段，彈射系統(tǒng)啟動后，彈道式彈射器作為初始段的助推器，將人/椅迅速推出座艙；繼而，以彈射火箭作為續(xù)航段的動力，在維持一定過載的情況下，使人/椅繼續(xù)升高。它基本上解決了第一代彈射座椅彈射高度不夠，低空救生效果差以及由于彈射力量不足，在高速飛行狀態(tài)下人/椅出艙后容易撞上垂直尾翼的問題。

1958年，美國人用F-102型戰(zhàn)斗機進行了首次火箭式彈射座椅的救生試驗，并獲得成功。接著，英國的馬丁·貝克公司參考美國人的方案開發(fā)出了自己的第二代彈射救生座椅——MK-6。

火箭式彈射座椅的基本救生過程是這樣的：飛行員拉動彈射手柄——拋掉座艙蓋（或穿蓋）——啟動安全帶系統(tǒng)（將飛行員的四肢固定?。┖蛷椛鋭恿ο到y(tǒng)——座椅與飛行員一起彈射離機——引導傘射出——引導傘拉出穩(wěn)定傘——穩(wěn)定傘工作（使座椅穩(wěn)定并減速）——人/椅下降至開傘高度——分離系統(tǒng)打開安全鎖——人椅分離機構(gòu)啟動——人椅分離——打開主傘——飛行員降落。

第三代彈射座椅

第二代彈射座椅存在的主要不足是：救生成功率只有80%左右，不具備在所有飛行狀態(tài)（尤其是在低空倒飛、俯沖、橫滾等復雜情況）下的安全救生能力。

上個世紀70年代末，出現(xiàn)了第三代彈射座椅。這種先進的火箭式彈射座椅利用速度傳感器（程序控制器）解決了多態(tài)程序控制問題，可滿足各種復雜飛行狀態(tài)下的彈射救生要求，從而大大提高了軍用飛機彈射救生的成功率。例如，美國人設計的ACES-2型火箭彈射座椅在倒飛狀態(tài)下的最低安全彈射高度已降低至46米。我國研制的HTY-5型火箭彈射座椅也具備這種能力。

典型的第三代彈射救生座椅有英國的MK-14、MK-16，美國的ACES-2，俄羅斯的K36以及中國的HTY-5、HTY-6等型號。

俄羅斯為蘇-27戰(zhàn)斗機配備的K36д型座椅是世界上比較著名的一種第三代彈射座椅。該型座椅采用了電子監(jiān)視系統(tǒng)和連續(xù)控制技術(shù)，其彈射可靠性和低空救生效果都相當優(yōu)異。在1989年和1993年的巴黎航展上，K36型火箭彈射座椅有兩次非常露臉的表現(xiàn)，由于參加飛行表演的俄國軍機發(fā)生意外，飛行員不得不在機場上空很低的高度上跳傘，結(jié)果均獲得成功。出了墜機事故雖然很不幸，但卻間接地為K36做了廣告，從而引起了航空界的廣泛關注。俄羅斯有關人士宣稱，飛行員先后使用K36型座椅進行了500來次彈射跳傘，成功率高達97%。另外，該型彈射座椅要比西方同類產(chǎn)品的救生包線大，其最大救生速度從MK-16、ACES-2的1100千米/小時，提高至1300～1400千米/小時。

不過，與中、美、英同級別的救生座椅相比，K36型火箭彈射座椅也有不足之處，它的重量較大（全重高達123千克），在低空復雜姿態(tài)下的救生性能還不夠理想，其最低安全彈射高度為80～108米，比美國的ACES-2型火箭彈射座椅高出一倍左右。

以K36д為基礎改型研制的K36д-3.5型彈射座椅在綜合性能上有了明顯改善，總重減輕了25千克，可適應不同飛行員的體重。K36д-3.5型座椅主要裝備蘇-30、蘇-37等型戰(zhàn)斗轟炸機。它采用多模式、多參數(shù)電子控制器，大大提高了低空不利姿態(tài)下的救生性能。其彈射器采用三級可調(diào)式，最低安全彈射高度降低至36～66米。可以認為，K36д-3.5彈射座椅的綜合性能已達到三代半的水平。

第四代彈射座椅

一般來說，彈射救生的成功率主要取決于開傘時間、開傘高度、彈射過程的自動化程度等因素。

目前，國內(nèi)外正在開發(fā)的第四代彈射座椅實際上是一種具有自適應能力的、非常復雜的自動導航飛行器。它以現(xiàn)代微電子技術(shù)為基礎，依靠自動控制系統(tǒng)的控制邏輯和控制律解算，能夠根據(jù)不同的飛行狀態(tài)，選擇不同的離機程序，并對飛行員實施有效保護。

第四代彈射座椅的火箭動力系統(tǒng)采用推力矢量控制技術(shù)，其推力的大小、方向等參數(shù)可根據(jù)程序和傳感器獲得的信息自動進行調(diào)節(jié)，無論在何種情況下跳傘，都能使救生傘在最合適的時候打開。由于彈射座椅離機時的工作程序、姿態(tài)等均可實現(xiàn)精確控制，即便是在距地高度15米的倒飛狀態(tài)下跳傘，也能夠保證飛行員的安全（人/椅系統(tǒng)離機后可迅速地自動向上導航）。而在高速狀態(tài)下彈射，則可通過微調(diào)火箭與穩(wěn)定傘來控制人/椅的俯仰、偏航等狀態(tài)，使之保持穩(wěn)定。