彈射救生技術(shù)的回顧與展望

回顧

自1783年人類第一次實(shí)現(xiàn)氣球載人飛行后，便產(chǎn)生了航空應(yīng)急救生問題。1903年美國(guó)萊特兄弟首次實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力飛行以后，在飛機(jī)失事時(shí)，如何挽救飛行員的生命便提上了議事日程。第一次世界大戰(zhàn)期間，約有800名氣球觀測(cè)員從失事的氣球上跳傘獲救。第二次世界大戰(zhàn)中，降落傘已成為軍用飛機(jī)必備的救生工具。

隨著飛機(jī)飛行速度的不斷提高，只靠飛行員的體力爬出座艙跳傘逃生越來越困難。當(dāng)飛機(jī)飛行速度達(dá)到500千米/時(shí)，飛行員必須借助外力才能應(yīng)急離機(jī)救生。

二次世界大戰(zhàn)快要結(jié)束時(shí)，德國(guó)首先把彈射座椅用作軍用飛機(jī)飛行員的救生工具。彈射救生技術(shù)從上世紀(jì)中期開始應(yīng)用于軍機(jī)，到目前為止，已經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段。

第一代彈射座椅：彈射座椅發(fā)展的第一階段大約從20世紀(jì)40年代中期到50年代中期。這一時(shí)期的座椅為彈道式彈射座椅。它主要解決了飛行員在高速條件下的應(yīng)急離機(jī)問題。如英國(guó)的MK1、MK5，俄國(guó)的米格-15、米格-17飛機(jī)上的彈射座椅等。英國(guó)的馬丁·貝克飛機(jī)公司是這一時(shí)期的典型代表。該公司首先使彈射過程自動(dòng)化。為了提高彈射機(jī)構(gòu)離機(jī)的初始速度，研制了多級(jí)套筒或多彈式彈射機(jī)構(gòu)，為挽救飛行員做出了貢獻(xiàn)。

第二代彈射座椅：彈射座椅發(fā)展的第二階段大約從50年代中期到60年代中期。這一時(shí)期的彈射座椅為火箭彈射座椅。它的主要特征是把火箭作為彈射座椅的第二級(jí)動(dòng)力，在第一級(jí)動(dòng)力彈射機(jī)構(gòu)作用下把人椅系統(tǒng)推出座艙后，由火箭繼續(xù)推動(dòng)人椅系統(tǒng)向上運(yùn)動(dòng)，使其具有更高的軌跡，以解決零高度-零速度時(shí)的彈射救生的問題，并可以在更高的飛行速度（1100千米/時(shí)）下應(yīng)急彈射離機(jī)。

第三代彈射座椅：彈射座椅發(fā)展的第三階段大約從60年代中期開始一直持續(xù)到今天，屬于多態(tài)彈射座椅的發(fā)展時(shí)期，其主要特點(diǎn)是采用了速度傳感器（電子式/機(jī)械式），根據(jù)應(yīng)急離機(jī)的飛行速度的不同，救生程序執(zhí)行不同的救生模式，從而縮短了救生傘低速開傘的時(shí)間，提高了不利姿態(tài)下的救生成功率。國(guó)外現(xiàn)役機(jī)種裝備的彈射座椅絕大部分為第三代彈射座椅。

目前，國(guó)外裝機(jī)服役的第三代彈射座椅以俄羅斯的K-36系列、英國(guó)的NACES（MK14）和MK16為主要代表。

K-36系列彈射座椅為俄羅斯星星科研生產(chǎn)聯(lián)合體于60年代中期研制成功的第三代彈射座椅，目前已生產(chǎn)12000多臺(tái)，并形成了獨(dú)聯(lián)體各國(guó)的通用化系列座椅，其突出特點(diǎn)是穩(wěn)定性和高速性能。尤其是在1989年巴黎航展期間，一架裝有K-36座椅的米格-29飛機(jī)在作機(jī)動(dòng)飛行表演時(shí)，因發(fā)動(dòng)機(jī)故障造成飛機(jī)失速，在極其不利的條件下，飛行員應(yīng)急彈射成功，安全獲救，使K-36系列救生裝置名聲大振。

NACES（MK14）是英國(guó)馬丁·貝克公司為美國(guó)海軍研制的通用化座椅。裝機(jī)服役后，便開始了PI（預(yù)規(guī)劃產(chǎn)品改進(jìn)）計(jì)劃，該計(jì)劃的第三階段計(jì)劃利用第四代彈射座椅的技術(shù)，使NACES具備第四代彈射救生座椅的基本特征。

MK16系列座椅是英國(guó)馬丁·貝克公司于20世紀(jì)90年代初研究的新式彈射座椅。 MK16系列的主要特點(diǎn)是彈射機(jī)構(gòu)與座椅骨架為一體化設(shè)計(jì)，不僅重量輕，而且結(jié)構(gòu)緊湊，電子程控器既能感受離機(jī)后的信息，也可以與飛機(jī)數(shù)據(jù)總線相接，感受飛機(jī)的各種信息，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)彈射離機(jī)。目前已裝機(jī)歐洲“臺(tái)風(fēng)”，法國(guó)“陣風(fēng)”，美國(guó)F-35等機(jī)種。

第四代彈射座椅：彈射座椅發(fā)展的第四階段實(shí)際始于70年代末期，因而與第三階段的后期相互交織在一起，平行地向前發(fā)展。它的主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)人椅系統(tǒng)離機(jī)后的姿態(tài)控制，其關(guān)鍵技術(shù)是可控推力技術(shù)和飛行控制技術(shù)。

1984年美國(guó)又開始了為期五年的乘員彈射救生技術(shù)（CREST）計(jì)劃，目標(biāo)更加先進(jìn)，其宗旨是研制出一些先進(jìn)技術(shù)，如高速氣流防護(hù)技術(shù)、可變推力（方向和大小）技術(shù)、飛控技術(shù)、生命威脅邏輯控制技術(shù)等，以減少乘員彈射的死亡和重傷的概率。為了試驗(yàn)驗(yàn)證CREST計(jì)劃，又開展了多軸滑車（MASE）和先進(jìn)動(dòng)態(tài)模擬假人（ADAM）研制計(jì)劃。

我國(guó)對(duì)彈射救生技術(shù)的研究起步較晚，20世紀(jì)50年代到60年代末期，主要是生產(chǎn)前蘇聯(lián)的彈射座椅，如米格飛機(jī)系列的彈射座椅等，直到70年代初期才開始第二代火箭彈射座椅的研制，目前自行研制的第三代彈射座椅已裝機(jī)服役，分別具有電子和機(jī)械程序控制器，具有多態(tài)程序控制能力，可根據(jù)彈射離機(jī)時(shí)的速度、高度選擇不同的延遲時(shí)間，控制射出救生傘及人椅分離的時(shí)機(jī)，一定程度上提高了低空、中低速不利姿態(tài)下的救生性能。

展望

加強(qiáng)新一代彈射救生技術(shù)的應(yīng)用

英、美等國(guó)現(xiàn)役彈射座椅的名義性能包線為：在平飛條件下，飛行高度0～15000米，飛行速度0～1100千米/時(shí)，M≤2.5。迄今為止尚沒有1100千米/時(shí)成功彈射的事例。俄羅斯K-36系列座椅的高速性能比英美等國(guó)的要好。

擴(kuò)大救生性能包線（0～1400千米/時(shí)，M數(shù)3.0，高度0～21千米）：具有超過MLI-S-18471G要求的機(jī)動(dòng)飛行救生能力；具有自適應(yīng)連續(xù)控制的程序系統(tǒng)（根據(jù)生命威脅情況和彈射條件，如乘員重量、彈射速度、高度、溫度及飛機(jī)姿態(tài)等），采用慣導(dǎo)技術(shù)，及時(shí)而自動(dòng)地選擇或調(diào)整彈射程序、彈射動(dòng)力大小及方向。在滿足彈射性能條件下，控制彈射后作用在乘員身上的綜合作用力，使其保持在人體生理耐限范圍內(nèi)，盡量減少?gòu)椛鋼p傷，具有自適應(yīng)救生能力。采用推力大小和方向可變的動(dòng)力裝置；具有完善的高速氣流防護(hù)措施。

另一個(gè)問題是飛行員范圍的不斷擴(kuò)大。現(xiàn)役彈射座椅是按第5～第95百分位飛行員進(jìn)行設(shè)計(jì)的。從目前發(fā)展趨勢(shì)來看，不但要把乘員的適用范圍擴(kuò)大到第3～第98百分位，而且還要考慮到女性飛行員的范圍。另外女性飛行員對(duì)彈射加速度的耐限值比男性的要低。這些不利因素對(duì)彈射救生系統(tǒng)的研制提出了新的挑戰(zhàn)。

此外，新技術(shù)、新材料（復(fù)合材料、高強(qiáng)度的特紡材料等）、新工藝的應(yīng)用，將進(jìn)一步推動(dòng)彈射救生技術(shù)的發(fā)展。

擴(kuò)大彈射救生技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

以前的彈射救生技術(shù)主要用于高速飛行的軍用固定翼飛機(jī)，隨著彈射救生技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計(jì)今后將向武裝直升機(jī)、民用飛機(jī)以及載人航天飛行器等領(lǐng)域發(fā)展。

近20年的局部戰(zhàn)爭(zhēng)如伊拉克、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)表明武裝直升機(jī)的作用越來越重要，但其救生成功率不能令人滿意，目前僅靠適墜座椅難以滿足直升機(jī)救生的要求。俄羅斯卡-50武裝直升機(jī)已裝備了牽引火箭式彈射救生系統(tǒng)。預(yù)計(jì)今后將加大研制直升機(jī)救生系統(tǒng)的力度。

20世紀(jì)70年代末，英美等國(guó)曾為民用飛機(jī)的救生問題設(shè)想了很多方案，例如分離救生艙、牽引火箭座椅、飛機(jī)整體回收等。由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)還不夠成熟，再加上這些方案對(duì)飛機(jī)的性能、重量、成本等影響太大，這些方案難以工程化。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，民用飛機(jī)的救生問題將會(huì)得到逐步解決，可以預(yù)計(jì)，小型民用公務(wù)機(jī)的整體回收或分離救生艙方案將有希望得到實(shí)際應(yīng)用。

自從1961年前蘇聯(lián)首次實(shí)現(xiàn)載人航天飛行以來，航天救生便提到了議事日程。1986年元月“挑戰(zhàn)號(hào)”航天飛機(jī)失事后，航天救生的問題曾一度引起人們的高度重視，并提出了很多救生方案，如分離救生艙、密閉式彈射座椅、敞開式彈射座椅、牽引火箭式救生系統(tǒng)等，由于當(dāng)時(shí)服役的航天飛機(jī)不可能變動(dòng)太大，所以最后選用了滑竿式救生方案，但因其救生包線小，只適用于低速飛行狀態(tài)。

我國(guó)彈射救生技術(shù)經(jīng)過了幾十年的努力，已經(jīng)跨入了獨(dú)立研制彈射救生設(shè)備的行列，自行研制的第三代彈射座椅已大量裝機(jī)服役，并已開始新一代彈射救生技術(shù)的研究工作。但與國(guó)外先進(jìn)彈射救生技術(shù)相比還有很大差距。為了縮短與國(guó)外的差距，必須選準(zhǔn)突破口，加大投資強(qiáng)度，研制出具有我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)救生系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。