輕型固定翼飛機用整機降落傘系統(tǒng)的應用分析

中圖分類號：V244.216 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）13-0161-04

Abstract：Thecompleteparachutesystem isanemergencylandingequipmentsuitableforlightfixed-wingaircraft.Because thesystemsignificantlyiprovesthesafetyperformanceofthistypeofaircraftandreducesthehazardlevelofflightaccidents，it hasgraduallbenwidelyusedandpromotedinlightaireraft.Tothisend，takingthecompleteCirusAiframeParachuteSystem （CAPS）forSR22aircraft，whichhasa large marketshare，asanexample，thestructuralcomposition，start-upproces，startup andmaintenancerequirementsofthesystemaredescribedindetail，soastoprovidemorecomprehensivetechnicalsupportfor pilots and provide technical reference for relevant installation and maintenance personnel.

Keywords：Cirus Airframe ParachuteSystem（CAPS）；lightfixed-wingaircraft；emergencyequipment；safetyperformance; maintenance cost

整機降落傘系統(tǒng)是一種適用于輕型固定翼飛機的緊急降落設備。若飛機在空中出現(xiàn)故障、失控、墜撞等緊急情況時，整機降落傘作為飛行安全的最后一道防線，可以迅速打開，并將乘員和飛機安全帶回地面。因此，整機降落傘系統(tǒng)顯著提高了該類飛機的安全性能，減少飛機的損壞，降低維修成本，還可以為常規(guī)降落時提供更平穩(wěn)的著陸體驗。

整機降落傘系統(tǒng)具有體積小、重量輕、開傘時間短、開傘過載低、充氣可靠、穩(wěn)定性強和穩(wěn)降速度小等諸多優(yōu)點，因此已經(jīng)在國外的通航飛機得到了廣泛的應用，也日漸成為該類飛機新機型的標準配置，國外代表機型有美國西銳SR22/SF50、美國Cessna172/182、德國CTLS等。整機降落傘系統(tǒng)在國產(chǎn)飛機上的應用較晚，配置該系統(tǒng)的國產(chǎn)輕型飛機大部分才獲得民航局的適航許可，例如中航通飛AG50和AG100、卓爾ZA800、山河SA70L、遼寧通用航空RX1E-A等。

整機降落傘通常采用彈道式發(fā)射開傘技術，配備電起爆激活的固體燃料小火箭，可以實現(xiàn)飛控自主激活。飛機一旦在空中出現(xiàn)緊急情況，飛行員可手動拉出手柄進行激活，或由飛控系統(tǒng)自動激活降落傘存儲艙里的火箭，迅速將嵌在機身內(nèi)的整機降落傘牽引出來，然后降落傘展開并快速充氣，從而實現(xiàn)飛機的下降速度急劇變緩（圖1）。另外，為使飛行器在安全速度下平穩(wěn)降落至地表面，還可以利用起落架、防滾架和能量吸收座椅等著陸系統(tǒng)進行緩沖。

目前國內(nèi)已有浙江中航通飛、深圳天鷹裝備等公司完成了整機降落傘系統(tǒng)的研制。被中國航空工業(yè)集團公司收購的美國西銳飛機公司研發(fā)的整機降落傘系統(tǒng)（Cirrus Airframe Parachute System，CAPS），是同類產(chǎn)品中首個獲得美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）的適航認證的降落傘系統(tǒng)1，在航空安全方面引領了一次通航產(chǎn)業(yè)的革新。2022年，美國西銳公司共交付629架固定翼前三點式起落架活塞飛機（其中SR22交付159架，SR22T交付280架），占該類飛機市場份額的 為此以西銳SR22飛機的整機降落傘系統(tǒng)為例進行分析。

1整機降落傘系統(tǒng)的結構組成

西銳整機降落傘系統(tǒng)包含：降落傘及傘艙口蓋、火箭筒組件、火箭啟動手柄以及固定在機身結構內(nèi)的安全束帶，圖2為CAPS系統(tǒng)的組成示意圖。

一個內(nèi)含降落傘和火箭筒組件的復合材料盒子安裝在行李艙艙壁后面的飛機結構上。盒子被一個薄的復合材料蓋子蓋住，防止受到惡劣天氣的影響。降落傘被封裝在一個展開袋中，該展開袋可按預設方案，分階段進行展開和充氣。只有在火箭筒組件拉緊降落傘繩索后，展開袋才能讓傘蓋充氣，從而創(chuàng)造出有序的展開過程。

1.1降落傘及傘艙口蓋

CAPS使用的降落傘額定負載為 9 0 7 2 k g ，顏色為橙白相間，本身是一個約 的圓形傘蓋，配有一個直徑明顯小于傘蓋開口直徑由環(huán)形織物面板制成的滑塊?；瑝K位于傘蓋附近懸掛線的頂部，在降落傘傘衣與發(fā)射管連接處上面分布了很多鉤環(huán)，由于傘蓋懸掛線穿過鉤環(huán)，滑塊便可以沿懸掛線自由移動。當火箭尾部邊緣鉤環(huán)位于發(fā)射管頂部的固定環(huán)時，降落傘就會展開。降落傘的初始直徑和充氣速率在展開次序開始時由滑塊限制，當滑塊沿懸掛線向下移動時，傘蓋充氣。

降落傘的傘艙口蓋是一塊分離式蓋板，位于飛機頂部的后面。當火箭點火并拉出降落傘時，傘艙口蓋會被頂開從飛機上脫離。

1.2 火箭筒組件

火箭筒組件為圓柱形，直徑約為 5 1～7 6 m m ，長度在 1 7 8～2 5 4 m m 范圍內(nèi)，火箭筒中軸線與機身中軸線斜向相交，開口朝向機身外側的傘艙口蓋?；鸺步M件包括火箭發(fā)射筒、發(fā)射基座、氣體發(fā)生器等部件（圖3）。當火箭點火后，火箭筒內(nèi)氣體發(fā)生器產(chǎn)生大量氣體，積聚的氣體壓力會頂開傘艙口蓋使其脫離飛機，并將降落傘包、發(fā)射基座彈出機身。降落傘充氣并張滿，從而實現(xiàn)飛機的穩(wěn)降。

點火系統(tǒng)是火箭筒組件的重要組成部分，西銳飛機采用的是一種機械式起爆器的點火方式4。拉動啟動手柄后，激活電纜壓縮點火器的鋼彈簧和柱塞，當柱塞行程達到半英寸時，滾珠軸承松開從而允許柱塞撞擊點火針。點火針擊中點燃主增壓器的2個引火。初級助推器點燃次級助推器，以確保引燃更大的火箭筒組件點火裝置。

1.3 啟動手柄

CAPS啟動手柄是一個T形手柄，安裝在機艙天花板上飛行員右上方的飛機中心線上。手柄外部有帶有明顯標識的保護蓋，保護蓋通常都處于關閉狀態(tài)。啟動手柄經(jīng)安裝支架定位后固定在機身頂部，通過鋼索與火箭點火器組件相連，鋼索通過捆扎帶和帶有警示牌的鋁箔膠帶粘在飛機機身上。

啟動手柄上帶有維護用的安全插銷，以確保在維護過程中不會拉動啟動手柄。每次飛行前必須將手柄的安全插銷取下，在無人看管等具有安全隱患條件下，為確保CAPS系統(tǒng)的安全，可用安全插銷將手柄鎖定在安全位置，以免啟動手柄意外抽出。

1.4安全帶

CAPS采用三點式安全帶，將降落傘連接到飛機機身結構上，由芳綸纖維復合材料（Kevlar）制成。該安全帶由2條前帶、1條后帶組成，前帶穿入機身蒙皮并連接到防火墻上，后帶連接到后行李艙艙壁的結構上。當降落傘展開時，前部安全帶穿過機身蒙皮拉到前部連接點。

安全帶系統(tǒng)的設計目的是直到周期結束的整個展開周期中，通過限制尾部附著帶的長度來控制飛機在展開周期中的俯仰姿態(tài)，并通過利用一個可變長度的后束帶部分來實現(xiàn)。最初支撐負載的較短部分采用機械釋放裝置，該裝置由2個煙火切割器啟動，當伸出過程中拉緊較短部分時，煙火切割器就會點火。然后線束束帶變長，負載轉移到較長部分。

2整機降落傘系統(tǒng)的啟動過程

當飛機遇到緊急情況危及乘員生命時，可以啟用CAPS系統(tǒng)，整架飛機及其乘員即可在降落傘系統(tǒng)的作用下安全降至地面。

2.1拉出啟動手柄，火箭發(fā)射降落傘

CAPS是通過拉動安裝在機艙頂部上的T形手柄激活的，該手柄位于飛行員正上方的飛機中心線右側。T形啟動手柄上有一個帶標識的保護蓋，用鉤環(huán)緊固件固定到位，以防止手柄誤觸發(fā)。拉動保護蓋前緣的黑色卡舌，即可卸下蓋子。啟動手柄配有維護安全銷，安全銷穿過手柄固定器將手柄鎖定，以確保在維護過程中不會拉動啟動手柄。

要激活CAPS火箭，首先要求駕駛員拾頭并取下在座艙天花板上的啟動手柄保護蓋板，然后要求駕駛員將T形啟動手柄從其安裝位中完全拉出。拉動T形手柄可將其從固定到位的0形密封圈中移出，并消除電纜中的松弛部分，行程約為 5 1 m m 。雙手緊握激活T型手柄，用穩(wěn)定、持續(xù)的高達 2 0 0 N 或更大的力量直接向下拉動，直到火箭激活。

拉動啟動手柄后，發(fā)生在電纜臂上的作用力釋放火箭點火器撞針。當撞針釋放時，2個引火點燃火箭筒組件點火裝置的固體燃料，火箭推進劑的熱氣通過噴嘴排出，鋼索拉脫位于行李艙后面的火箭筒組件保護蓋，火箭筒將裝有降落傘的傘包在2s內(nèi)穿過傘艙口蓋從飛機上方射出，展開袋對降落傘進行展開和充氣（圖4）。

2.2降落傘充氣和收口

當火箭發(fā)射時，降落傘組件由于火箭推力而向外射出，大約2s鐘后，降落傘將開始充氣，由于相對風來說是向后抽出，飛機的向前運動將顯著減慢。當降落傘充氣時，前部安全帶組件從機身蒙皮下方拉出后變緊，脫離機身蒙皮，并停在支撐飛機前部的防火墻壓縮管處。拉緊后線束的較短部分，啟動煙火式斷線鉗，切斷較短的線路，并使較長的線束部分支撐后部負載。然后飛機采取著陸姿態(tài);機頭向下大約 ，以優(yōu)化乘員保護。

在傘衣充氣的起始階段，倘若飛機有氣動減速的情況，初始載荷則會引起飛機的上仰，但飛機上仰有助于減少高度損失。在此過程中，后部連接帶不會被拉長，以防止飛機過度旋轉

降落傘傘繩上有收口滑布，隨著充氣載荷的增加，收口滑布會沿著傘繩下移，使傘衣完全張滿。在空速達到安全值之后，降落傘才會解除收口，完全張滿，從而避免產(chǎn)生過大的載荷。在減速過程中，特別是在高速時，飛機可能會出現(xiàn)輕微的抬頭現(xiàn)象，后立管會針對性地緩沖變短，以防止過大的機頭向上俯仰。若機頭有任何的向上俯仰，都會使機頭逐漸下降，直到飛機機頭低掛在傘蓋下方。

2.3降落傘制動繩釋放和飛機觸地

展開后8s，后立管緩沖線將被切斷，折疊的后部連接帶完全拉直并承擔后部載荷，飛機尾部將下降到大致水平的姿態(tài)。三點式的傘帶托起整架飛機，飛機在傘衣的作用下，橫向速度等于地面風速，下降速度正常會低于 8 . 6 m / s ，產(chǎn)生的地面沖擊載荷相當于從4 m 的高度自由落下。座椅上的安全帶會在受到?jīng)_擊時彈開氣囊，更好地保護駕駛員。

3CAPS系統(tǒng)啟用和維護時的要求

CAPS系統(tǒng)適用于飛行中的緊急情況，例如由于身體不適或意外受傷等原因駕駛員喪失飛機操控能力，嚴重湍流或結冰引起操縱系統(tǒng)卡滯導致飛機失去控制，飛機機身承力結構因空中碰撞損壞，強陣風導致飛機過載而產(chǎn)生結構故障，在崎嶇山區(qū)、雨霧天或夜間緊急迫降無法保證安全著陸，以及駕駛員認為有必要啟動系統(tǒng)的其他情況。若機上人員著陸時的風險較大，啟用CAPS是挽救生命的唯一手段時，也應當啟動CAPS[5]。

CAPS系統(tǒng)啟動后導致的飛機機體損壞，除了崎嶇地形、大風等不利的外部因素外，還包括以下幾個方面的要求。

第一，開傘高度要夠。雖然CAPS系統(tǒng)未設定啟用時的最低高度要求，但降落傘開傘的成功率都會隨著高度的上升而增大，啟用該系統(tǒng)的決斷高度最好離地超過 6 1 0 m 。若高度不足 6 1 0 m ，遇緊急情況應立即啟動CAPS系統(tǒng)，以盡量提高系統(tǒng)的開傘成功率。

第二，開傘速度要低。啟用CAPS系統(tǒng)時應盡量降低飛機空速，若在較高的速度下啟用該系統(tǒng)，會使飛機因承受的載荷過大導致結構失效。經(jīng)試驗驗證的CAPS系統(tǒng)啟用時的最大速度為 2 4 6 k m / h 。

第三，飛機姿態(tài)要平。為減少飛機在降落傘下的擺動，避免降落傘發(fā)生纏繞，啟動CAPS系統(tǒng)時應盡量保持平飛的姿態(tài)。

第四，著陸觸地要求。整機降落傘系統(tǒng)會使飛機以低于 8 . 6 m / s 的速度下降，但是著陸觸地時仍具有一定的地面撞擊力。坐墊內(nèi)含一個鋁蜂窩芯，可被擠壓并吸收向下的沖擊力，并有助于保護脊椎免受壓迫性損傷。著陸前，艙門應關閉，所有乘員應保持緊急降落身體姿勢，必須做好觸地的防護準備，以盡可能保護他們免受傷害。

CAPS系統(tǒng)必須由培訓和授權的降落傘系統(tǒng)技術

人員進行維修和維護，航空器機體和動力裝置維護人員不一定具備對CAPS進行維護的資質(zhì)。按照定期維護檢查的規(guī)定，持有機身和動力裝置執(zhí)照的機械師才能對降落傘和啟動手柄的安裝進行目視檢查。對CAPS進行檢查時，切勿在地面上啟動該系統(tǒng)。否則火箭將在高于""的溫度下進行點火，在前0.1s內(nèi)以6 7 m / s 的速度離開機身，并在不到1s的時間內(nèi)完全展開，地面激活將導致飛機附近的人可能會受傷，機身也會受到嚴重損壞，甚至引發(fā)地面火災。

整機降落傘系統(tǒng)安裝和維護需要專業(yè)人員，維護成本較高，對系統(tǒng)的使用，需要飛行員進行適當?shù)挠柧殻源_保在緊急情況下能夠正確使用。另外，由于飛機的型號認證是基于一個功能正常的整機降落傘系統(tǒng)，若該系統(tǒng)失效時，飛機將無法飛行。因此，整機降落傘系統(tǒng)的普及在目前也存在一些挑戰(zhàn)和限制，但隨著技術不斷進步和人們安全意識的不斷提高，整機降落傘系統(tǒng)的應用前景將會更加廣泛。

參考文獻：

[1]韓寒，朱錚.西銳整機降落傘系統(tǒng)設計研究[J].中國個體防護裝備.2021（1）：14-20.

[2]美國通用航空制造商協(xié)會（GAMA）.2022年度通用飛機交付報告[R].2023.

[3]Airplane Maintenance Manual for the Cirrus Design SR22[M].Cirrus Design Incorporated，2021.

[4]王晨陽.SR20飛機整機降落傘點火系統(tǒng)的優(yōu)化[J].電子技術，2023，52（2）：58-59.

[5]Airplane Flight Manual for the Cirrus Design SR22[M].Cirrus Design Corporation，2018.