彈射座椅,空中衛士的空中衛士

中國工程科技知識中心 發佈 2022-07-06T00:00:12.089992+00:00

有人說,挽救飛行員生命的最後一道防線就是戰鬥機的彈射救生系統。從第二次世界大戰開始,飛機的飛行速度突破500km/h,在如此高的速度下飛行員已經無法頂著狂風爬出機艙跳傘,跳傘時被吹撞到機翼上死亡的事例也不罕見。

有人說,挽救飛行員生命的最後一道防線就是戰鬥機的彈射救生系統。


從第二次世界大戰開始,飛機的飛行速度突破500km/h,在如此高的速度下飛行員已經無法頂著狂風爬出機艙跳傘,跳傘時被吹撞到機翼上死亡的事例也不罕見。在軍事航空救生的實踐中,人們觀察到,要更快地遠離飛機才能保證飛行員的安全。


彈射救生這一方式最早由二戰時的德軍提出,至今已發展出了敞開式彈射座椅、分離式彈射座椅和彈射座艙等多種形式,本質都是依靠動力裝置將飛行員彈出飛機,然後使用降落傘著陸。


其中應用最廣泛的是彈射座椅,僅英國彈射座椅製造商馬丁·貝克公司生產的MK系列彈射座椅就已經拯救了7675名飛行人員的生命。


由德國亨克爾公司(Heinkel)生產的的He 219是世界第一種安裝彈射座椅的飛機

圖片來源:wikipedia


彈射座椅在平時作為飛行員座椅使用。當飛機處於危急時刻,已經無法挽回,飛行員就要啟動彈射救生系統。彈射座椅的操縱手柄通常在飛行員雙膝之間,是一個顏色鮮艷的拉環,只需要向上拉出,彈射救生系統就會自動開始工作,這大大縮短了逃生的時間,增加了飛行員順利逃生的可能。


黃色的拉環就是彈射座椅操縱手柄 圖片來源:wikipedia


拉動手柄後,拋蓋火箭自動點火,將座艙玻璃蓋掀開拋向後方,這是彈射的第一步。如果戰鬥機採用的是穿蓋彈射,那就會更快一點,幾乎不需要等待,艙蓋上的導爆索就會精準地炸碎玻璃,打開彈射通道。


座艙蓋上分布著彎曲的導爆索

圖片來源:Guangyu Liu, Microstructure and mechanical properties of tin-based alloys for miniature detonating cords


拋蓋彈射方式的示意圖,首先會掀起玻璃艙蓋,然後將座椅彈射出去 圖片來源:wikipedia


打開救生通道的同時,彈射座椅的動力裝置自動啟動,先是座椅背面的彈射器將飛行員和座椅一起向上推起,與機艙分離。同時,座椅自帶的應急供氧系統開始為飛行員供氧,安全帶自動鎖定,將飛行員牢牢固定在座椅的背靠上,防止劇烈的機動對飛行員產生傷害。


緊接著,座椅底部的火箭發動機開機,人與座椅驟然加速,迅速坐著「火箭」上升到安全高度,此時的過載高達十幾個G,人在這樣的過載下會短暫昏迷。如果飛行員還有意識,將會看到失事的飛機在身下繼續朝前飛去。


新型的彈射座椅已經能夠採集飛機的姿態和速度等數據,自動控制彈射軌跡,防止在飛機姿態惡劣的情況下飛行員向著地面 「倒栽蔥」彈射,因此可以在高度極低的情況下發揮作用,甚至可以在飛機0速度和0高度時進行「零零彈射」。


2003年Mt. Home航展上,F-16飛行員在飛機墜毀前的0.8秒成功彈射,僅受輕傷

圖片來源:SSgt Bennie J. Davis III


值得一提的是,如果戰鬥機是雙座,只要一個彈射座椅的手柄被拉動,兩名飛行員就都會被彈射出艙,這齣於兩方面考慮,一是一旦彈射,飛機的外形就會被破壞,無法正常飛行,另一飛行員沒有繼續留在飛機里的必要;二是可以在戰友失能無法自救時幫助其逃生。兩名飛行員會先後被彈射,間隔大約是1秒,以防止彈射座椅或者其他部件在空中相撞。


彈射時,前座和後座並不是同時彈出的

圖片來源:US Navy


成功脫離飛機之後,彈射座椅的背部會自動展開一面小傘。這面傘叫穩定阻尼傘,用於穩定座椅的飛行姿態。在穩定阻尼傘和微調發動機的調整下,飛行員和座椅逐漸停止了慣性造成的旋轉,速度也減緩到適合打開降落傘的程度。


彈射後,座椅背部的穩定傘打開

圖片來源:US Navy


到了準備開傘的階段,沉重的座椅本體就基本完成了它的使命,開傘器射出了收納在座椅中的降落傘,降落傘連接著飛行員和救生包,同時其餘的安全帶自動打開,人與座椅分離——這聽起來有點像火箭升空的過程,彈射器和火箭發動機組成的兩級推進裝置為「火箭」提供動力,各個部件在完成使命後分離,而「火箭」真正運輸的「載荷」是被彈射的飛行員本人。運載火箭將衛星和飛船等載荷送往太空執行任務,而彈射座椅這枚特殊的「火箭」升空是為了在危機時保護珍貴的「載荷」。開傘後的兩三秒之間,幾十平米的大傘就能完全展開,帶著飛行員緩緩降落。


彈射座椅配備的降落傘帶著試驗人員降落

圖片來源:DoD / MIlitary Affairs


成功降落並不意味著完全脫離危險。彈射跳傘的飛行員完全有可能降落到人跡罕至的荒野、森林,甚至海面,在救援到來之前需要獨自面對各種惡劣的自然環境,這時,固定在降落傘下的救生包就能派上用場。救生包作為彈射救生系統的一部分,平時被收納在座椅下方,在彈射救生的關鍵時刻能夠提供信號發生器、定位設備等裝置,幫助飛行員呼救;救生筏、藥品、生活必需品等則能維持飛行員的生命體徵,等待救援到來。


如果是在戰時,情況就更加複雜,落單的飛行員通常是敵人非常感興趣的高價值目標,因此跳傘成功的飛行員還需要主動藏匿並使用救生包中的武器自衛,等待己方部隊的搜救。


美國國民警衛隊第 169 戰鬥機聯隊配備的救生包及自衛武器

圖片來源:S.C. Air National Guard


與 「安全第一」的客機不同,戰鬥機存在的初衷就是交鋒和對抗。戰鬥機飛行員駕駛著數倍於音速的鋼鐵利刃在空中戰場上來去,刀尖起舞,註定面臨著更多的危險,彈射救生系統在危急時刻給了軍事飛行人員最後一重保護,每一次成功的彈射就意味著一位戰士能平安從戰場歸來。也許在未來,無人化裝備能夠代替血肉之軀打贏戰爭,但在那之前仍然需要有人為守衛領空而負重前行。

來源:中國科普博覽

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