[科普中国]-敞开式弹射座椅

研发历程

第一代敞开式弹射座椅的发展时问大约从20世纪40年代中期到50年代中期，又称为弹道式弹射座倚，即利用滑膛炮的原理把人和座椅作为“炮弹”射出飞机座舱，然后使人椅分离打开救生伞，它主要解决了飞行员在400km/h以上的较高速度条件下的应急离机问题，例如，英同的MK-1、MK-5，苏联的米格-15、米格-17飞机上的弹射座椅由于受人体生理耐限的限制，无法解决零一零弹射和跨声速弹射的问题。

第二代敞开式弹射座椅的发展时间大约从50年代中期到60年代中期，称为火箭弹射座椅。它的主要特征是把火箭作为弹射座椅的第二级动力，在第一级动力弹射机构作用下把人一椅系统推出座舱后，再南火箭继续推动人一椅系统向上运动，使其具有更高的轨迹，以解决零一零弹射救生的问题，并可以在更高的飞机飞行速度(大于1100km/h)下应急弹射离机。例如，美国的韦伯弹射座椅、苏联的KM-lM火箭弹射座椅和英国马丁·贝克的MK-10火箭弹射座椅等。其中，苏联和英国的火箭弹射座椅，在原有的一级弹射动力基础上，增加独立的火箭发动机作为二级动力，以实现控制弹射过载和提高弹射轨迹的日的，美国采用一、二级弹射动力组合没计的火箭弹射器作为弹射动力。实现了同样的目的，不仅如此，在这一时剃，美国为了解决超声速弹射救生的问题，投人了大量的人力、物力，参加的公司也很多。例如，岁克韦尔国际公司研制的x-15敞开式弹射座椅，利用向前伸出的激波杆，把正冲波变成为斜冲波，以减小作用于人-椅系统上的压力。可在高度33600m、Ma4.0以及在0高度、167km/h的平飞状态下安全救生。又如，美国洛克希德·马丁公司研制的SR-71弹射座椅曾在23774m的高空，在乌赫数大于3.0时，拯救过乜行员。这种座椅在改装后曾用于美国“哥伦比亚”号航天飞机试飞员的应急救生没备。

第三代敞开式弹射座椅发展大约从60年代中期开始一直持续到今天。这一时期属于多态弹射座椅的发展时期，其主要特点是至少采用了高度、速度传感器(电子式/机械式)，根据应急离机的飞行速度和高度的不同，执行不同救生模式，从而缩短了救生伞低速开伞的时问，提高了不利姿态下的救生成功率。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。目前装机服役的第三代弹射座椅以俄K-36系列、美ACESⅡ系列、英NACES(M K-14)和MK-16为代表。其中，K-36系列弹射座椅为苏联星星科研生产联合体于60年代中期研制成功的第三代弹射座椅，其突出特点是良好的稳定性和高速救生性能，在马赫数3.0、当量空速为1400m/h的条件下，飞行员仍能应急弹射成功，MK-16系列座椅是英国马丁·贝克公司于20世纪90年代初研究的第三代弹射座椅，主要特点是将弹射机构与庵椅骨架一体化设计，对生命保障系统和弹射座椅与飞机的接口进行统一管理，不仅重量轻，而且结构紧凑，采用电子程控器和三向过载传感器，可与飞机数据总线相连，感受弹射离机时飞机的各种信息和离机后的人-椅系统信息，执行最佳的救生控制程序。具有自动弹射离机的功能。日前已装机服役EF2000、法国“阵风”、美国F-35等机种。

第四代敞开式弹射座椅的发展实际始于70年代末期，与第三代敞开式弹射座椅研制的后期相互交织在一起，平行地向前发展。它的主要特点是实现人-椅系统离机后的姿态控制，其关键技术是可控推力技术和飞行控制技术。第四代弹射座倚实质上是一个自动飞行器，主要解决高速弹射救生和不利姿态下的救生问题、由于第四代弹射座椅的关键技术风险性很大．虽然经过二十多年的研究(如最高性能弹射座椅(MPES)计划、乘员弹射救生技术(CREST)计划、第四代弹射救生技术的验证计划等)，取得了很大进展，但至今尚未装机服役。1

工作过程当飞机飞行速度超过400km/h飞行员受迎面强大气流阻力，很难自行爬出座舱，为了克服高速气流阻力，采用弹射救生方法，即在高速飞机上借助弹射装置离开飞机，弹射装置主要包括弹射座椅、弹射机构、安全带防护系统和降落伞系统等。其原理是利用弹射弹式火箭做动力，当火药与火箭助推器点燃时，借助其产生的强大推力即可将人连同座椅一起弹出座舱。一旦飞机发生故障，飞行员判明情况，需要离机时，立即采取正确的弹射姿势，拉动座椅上击发机构，弹射装置按一定程序工作，抛掉座舱盖一拉紧束缚系统一弹出座舱一自动射出稳定伞和减速伞一解脱座椅后人一椅分离，打开救生伞着陆或着水。2

分类敞开式弹射座椅，随着飞机性能日益提高及救生技术发展，分为弹道式弹射座椅及火箭式弹射座椅。

弹道式弹道式弹射座椅其结构是在座椅背面装有弹射筒，筒分内外两个，向上弹射时座椅内筒联接在座椅骨架的顶端，外筒固定在座舱底板上。当击发弹射，内筒的弹射弹点燃，借筒内压力将人弹出座舱。为了提高弹射初速，弹射筒又发展为三节、四节套筒，弹射弹除主弹射弹外又加辅助弹，座椅安装了自动程控机构等。50年代已普遍使用，救生率达80%以上。

火箭式火箭式弹射座椅在座椅上加装火箭助推器，即在弹射时首先利用弹射弹将座椅弹出座舱，接着点燃火箭助推器使座椅继续升高，增加弹射轨迹高度。火箭弹射座椅有三种类型：

①与弹道弹射装置合在一起的火箭弹射器，如美国ACES火箭弹射座椅。

②双弹射筒双火箭型式的组合动力装置，如美国SⅢS座椅。

③除椅背有弹射筒外，在椅盆下装火箭包，如英国的MK-10座椅。火箭式弹射座椅已被广泛应用，具有零一零和1100km/h条件下救生能力。

敞开式弹射座椅近年来又有了较大发展，引用了一些新技术，例如研制以微机为基础的程序控制器，改进了弹射座椅的定时和程控。为解决低空救生，研制一种立姿制导系统，装在弹射座椅上，能使座椅自动转向天空弹射，它采用现代遥感技术。在80年代美国又提出了CREST计划，进一步提高了敞开式弹射座椅性能，它包括吹袭防护装置，自适应限度装置、可控制推力的弹射筒等系统，计划把弹射座椅的救生包线扩大到1300km/h，同时提高低空不利姿态下的救生成功率。2

性能要求世界各国军用飞机救生系统仍以敞开式弹射座椅为主要救生工具，其性能发展要求如下：

(1)救生性能包线将扩大到1300-1400km/h。

(2)高速防护技术：要保证1300-1400krn/h条件下的救生，必须采用新的高速防护措施，以减少乘员受高速气流损伤。

(3)推广使用自适应控制技术：采用双态控制技术，缓解高低开伞的矛盾。根据不同弹射离机条件(如速度、高度、温度、重量、飞机姿态等)选择不同弹射离机程序，控制推力矢量，使座椅具有适应能力。

(4)向轻小型、低成本发展。

(5)向通用化、标准化、系统化发展。3

弹射轨迹控制弹射轨迹控制的任务有：

①使座椅离开飞机；

②在多座飞机上使乘员轨迹发散，避免碰撞；

③在低空弹射时，使轨迹离开地面，避免冲撞着地。

设计不同的控制火箭装置，研制相应的传感器，通过微处理机的程序控制，自动操纵座椅的飞行状态，达到轨迹控制的任务是可以完成的。在现役的弹射座椅上，为了使座椅离开飞机，采用了火箭助推器；为了使乘员轨迹发散，采用了侧向火箭推力器。因此，火箭控制技术是计划的重点研究课题之一。控制座椅轨迹离开地面、避免冲撞着地是提高低空救生成功率的重要措施。美国海军研制的立姿制导系统，装到弹射座椅上后，能使座椅的轨迹自动转向天顶方向。该系统已研制成功。它所采用的遥感技术的传感器将会被新一代弹射座椅所引用。3