[科普中国]-弹射救生技术

发展沿革诞生背景

自1783年人类第一次实现气球载人飞行后，便产生了航空应急救生问题。1903年，美国莱特兄弟首次实现了动力飞行以后，在飞机失事时，如何挽救飞行员的生命便提上了议事日程。法国于1917年首先把降落伞用于军用飞机。第一次世界大战期间，约有800名气球观测员从失事的气球上跳伞获救。第二次世界大战中，降落伞已成为军用飞机必备的救生工具。

随着飞机飞行速度的不断提高，单靠飞行员的体力爬出座舱跳伞逃生变得越来越困难。当飞机飞行速度达到500km/h时，飞行员必须借助外力才能应急离机救生。第二次世界大战快要结束时，德国首先把弹射座椅用作军用飞机飞行员的救生工具。此后，弹射座椅在英国、美国、俄国、瑞典等国家迅速发展，成为高速军用飞机必不可少的救生设备。据国外2003年统计，仅英国马丁·贝克一家公司，就累计生产了各种型号的弹射座椅约69000台，挽救了6994人的生命。1

发展过程弹射救生技术从20世纪中期开始应用于军用飞机，到目前为止，已经历了4个发展阶段。

1)第一代弹射座椅

弹射座椅发展的第一个阶段大约从20世纪40年代中期至50年代中期，这一时期的座椅为弹道式弹射座椅，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高速条件下的应急离机问题，如英国的MK-1、MK-5，俄国的米格-15、米格-17飞机上的弹射座椅。

2)第二代弹射座椅

第二阶段大约从20世纪50年代中期至60年代中期，这一时期的弹射座椅为火箭弹射座椅。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的作用下把人椅系统推出座舱后，再由火箭继续推动人椅系统向上运动，使其具有更高的轨迹，以解决零高度一零速度时弹射救生问题，并可以在更高的飞行速度(1100km/h)下应急弹射离机。

3)第三代弹射座椅

第三阶段大约从20世纪60年代中期开始一直持续至今，属于多态弹射座椅的发展时期，其主要特点是采用了速度传感器(电子式/机械式)，根据应急离机的飞行速度的不同，救生程序执行不同的救生模式，从而缩短了救生伞低速开伞的时间，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，国外装机服役的第三代弹射座椅以俄罗斯K-36系列、美国ACESII系列、英国NACES(MK-14)和MK-16为主要代表。

4)第四代弹射座椅

弹射座椅发展的第四个阶段实际始于20世纪70年代末期，与第三阶段的后期相互交织、平行发展。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。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陛很大，虽然经过了20多年的研究(如MPES计划、CREST计划、第四代弹射救生技术的验证计划等)，取得了很大的进展，但至今尚未装机服役。

国内现状及发展我国对弹射救生技术的研究起步较晚，20世纪50年代至60年代末期，主要是生产苏联的弹射座椅，如米格飞机系列的弹射座椅等，直到70年代初期才开始第二代火箭弹射座椅的研制。我国弹射救生技术经几十年的发展，已经跨入了独立研制弹射救生设备的行列，自行研制的第三代弹射座椅已装机服役，并已开始第四代弹射救生技术的预研工作。

我国现役第三代弹射座椅的名义性能包线为：在平飞条件下，飞行高度0～18000m，飞行速度0～1100km/h，马赫数≤2.5。而实际上，据美英等国的统计资料显示：在速度高于550km/h弹射时，约有43%的弹射者死亡或受重伤；在速度高于926km/h弹射时，约有69%的弹射者死亡或受重伤；迄今为止尚没有1100km/h成功弹射的事例。虽然和平时期高速弹射的概率较小(约1%～2%)，但在战争时期将会大大增加，这显然是一个不可忽视的问题。根据第四代飞机总体性能的要求，应当把下一代弹射座椅的性能包线扩大到1300krn/h～1400km/h，马赫数≤3.0。2

型号举例目前，世界上多数军事大国都有自己的航空救生装备研制生产机构，如英国的马丁·贝克公司、俄罗斯的星星公司、美国的麦克唐纳·道格拉斯公司、我国的航宇救生公司。现在世界上能研制和生产火箭弹弹射座椅的只有英国、俄罗斯、美国、法国、瑞典和中国共6个国家。

1)英国MKl4(NACES)弹射座椅

射座椅被称为“海军飞行员通用弹射椅”，是英国的马丁·贝克公司为美国海军研制的，装备F/A-18C/D、F/A-18E/F、F-14D战斗机和T-45A教练机上。

2)英国MKl6弹射椅

MKl6弹射椅从弹射到开伞仅需1.68s，并实现了零高度和零速度的弹射救生。该弹射座椅已经用于“阵风”和欧洲战斗机。与MKl4相比，MKl6要轻22.7kg，是唯一适合45.4kg～111.1kg体重飞行员使用的弹射座椅。

3)美国ACES II弹射椅

ACES II弹射椅于20世纪70年代初研制生产，1978年开始装备F-15、F-16、F-117、A-10、B-1和B-2飞机。海湾战争时，美空军飞行员使用该椅9次弹射成功。目前，美国和日本正在合作进行ACES II的改进计划：一是要求能适应较高、较胖的飞行员；二是研制四肢限动器；三是研制用小型火箭就可迅速打开的增强型制动伞，以便弹射后能尽快稳定座椅，这对于摆脱失控是极为重要的。2

关键技术自适应控制技术随着弹射救生性能包线的不断扩大，高低速开伞矛盾、高低温弹射过载的矛盾、飞机不同飞行姿态弹射的矛盾、乘员体重与弹射推力的矛盾日益尖锐。第三代弹射座椅采用了多态控制技术，在一定程度上缓解了高低速开伞的矛盾，但其他方面的矛盾仍难以解决。自适应控制技术就是能根据不同的弹射离机状态或人椅系统离机后的飞行状态，及时而自动地选择或调整弹射程序、弹射推力的大小和方向，使人椅系统具有自适应救生能力，最大限度地减少飞行员不必要的伤亡，从而可大大提高安全弹射救生的成功率。

可控制弹射动力技术自适应控制技术必须和可控弹射动力技术相结合才能使第四代弹射座椅具有自适应救生能力。对可控弹射动力技术的主要要求是能改变推力的大小、方向和燃烧时间，并具有高频率的响应。

高速稳定技术第四代弹射座椅除了继续使用稳定减速伞外，还采用了两种稳定方案。第一种方案为美国座椅上采用的姿态控制喷嘴，利用气体发生器产生的高压气体使姿态控制喷嘴位于头靠处工作，以保持人椅系统在横滚和偏航方向上的稳定性。第二种方案是与可控推力系统相结合的方案，根据自适应控制系统的指令，合理地改变个喷嘴的推力大小和方向，产生控制力矩，保持人椅系统的稳定性。由于人椅系统在偏航方向上是极不稳定的，而且人体在偏航方向上对加速度的耐限又很小，所以，控制逻辑中要首先保证偏航方向上的稳定性，其次是横滚方向上的稳定性。3