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微爆索穿盖弹射救生技术  

2007-04-18 09:49:59|  分类: 装备科技D |  标签: |举报 |字号 订阅

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弹射救生系统的演进

飞机设计师面临的最具挑战性的工作之一,就是在飞机发生故障时如何安全、快速、可靠地营救飞行员,因此弹射救生系统又被称为飞行员的“生命之舟”。

传统的弹射救生方案是先启动弹射手柄,飞机联动装置将活动舱盖抛离弹射区,然后座椅才开始运动。这一过程需要一定的时间。经试验表明,弹射时飞行速度越低,所需的时间越长,在零-零(即飞机高度和速度均为零时)弹射状态,一般需要0.3~0.4秒。飞机设计师为避免弹射座椅与舱盖在空中相碰,往往采用延时机构使座椅延时0.3~0.4秒才开始运动。对低空复杂姿态下的飞机来说,时间的损失可能导致弹射救生失败,减少从弹射启动到座椅开始运动的时间,为拯救飞行员的生命提供了更多的机会。

目前先进的战斗机已普遍放弃了抛盖弹射救生系统,而采用穿盖弹射技术,即无延时弹射救生系统,缩短了从启动弹射到座椅开始运动的时间。穿盖弹射救生技术大致可分为两类。

一类是使用破盖枪,在弹射座椅接触舱盖透明件前,破盖枪工作,使舱盖透明件产生破裂和初始裂纹,然后依靠座椅的穿盖器破裂舱盖透明件,达到清除弹射通道障碍的目的。该技术主要适用于第二代战斗机的非定向航空有机玻璃舱盖。

第二类是采用微爆索穿盖弹射救生系统.在弹射座椅接触舱盖透明件前,微爆索破裂系统工作,当舱盖透明件产生破裂和初始裂纹后,依靠座椅的穿盖器来完成弹射通道障碍的清除。该项技术主要适用于第三代战斗机的定向航空有机玻璃舱盖。

“枭龙”采用了大量现代先进的航空技术,微爆索穿盖弹射救生系统就是其一,它由舱盖微爆索破裂系统和TY5B火箭弹射座椅组成。

先进的舱盖微爆索破裂系统

首先介绍一下“枭龙”/FC-1型飞机的座舱盖结构。它主要由固定式风挡、活动舱盖组成。

“枭龙”的风挡是整体圆弧形,透明件采用单层厚度为18毫米的微交联丙烯酸甲酯定向有机玻璃(符合美军标)。风挡是透明气密舱盖前面的固定部分,和机身座舱段、活动舱盖构成密封座舱,为飞行员提供一个必需的生存和工作环境。其前下视角达到13°,为飞行员提供良好的视界,以完成起飞着陆和战斗任务。风挡是一个满足各方面要求的多功能综合结构,能承受高速的气动载荷、过载、气动热载荷、增压载荷、高低温交变载荷,可抗击速度为530千米/小时、重1.8千克飞鸟的撞击载荷。

枭龙/FC-1型飞机采用了后退后折返水泡式活动舱盖,由全数控加工的组合式铝合金骨架、单层厚度为 6.35 毫米的微交联丙烯酸甲酯定向有机玻璃(符合美军标)组成,舱盖透明件呈水泡形,采用了电作动筒为开启动力的正常操纵系统。

根据我国多年的研究实践证明,以微爆索穿盖弹射救生技术为主方案的战斗机,其舱盖透明件如采用拉伸定向微交联航空有机玻璃,厚度只要小于 7毫米就容易实现穿盖弹射救生,而采用非定向航空有机玻璃的厚度应小于 8毫米。

舱盖微爆索破裂系统由微爆索子系统(MDC) 和柔性传爆索子系统(FCDC) 组成。微爆索破裂舱盖透明件是依靠爆炸产生的爆轰波进行能量传递。穿盖弹射时要求微爆索在座椅穿盖器接触到舱盖透明件之前工作,使舱盖玻璃破裂,削弱其强度,将舱盖玻璃对飞行员头、肩、膝部的撞击载荷、过载和过载增长率控制在人体生理耐受范围内。其中头部撞击载荷不应超过3.5千牛,作用时间不得超过20毫秒,肩部、膝部撞击载荷不应超过6.7千牛。而且玻璃破裂后的碎片、微爆索工作后的残渣等飞溅物不能对飞行员有损伤或造成严重外伤(贯穿伤)。最理想的是没有任何损伤或即使损伤,身体经短期的恢复就能架机飞行。

柔性传爆索(FCDC)在飞机微爆索穿盖弹射救生系统中是一个传输能量信号的重要子系统,直接关系到微爆索穿盖弹射救生系统的成败。由于其在航空航天及军事领域的重要用途,西方军事强国将它视为核心机密,对我国实施严密封锁。但我国已成功地研制出了适用于现代战机的高性能、高寿命和高可靠性的柔性传爆索系统。

传统的燃气传输通常采用不锈钢管,以保证燃气有足够的压力,使各成件能可靠地工作。如果采用传统的管路,为保证燃气不泄漏,管路的设计与敷设将非常麻烦,而且气密性要求高,重量代价很大,其可靠性、维护性也较低。因此,“枭龙”采用了我国自行研制的柔性传爆索子系统,它利用爆轰波传递能量及信号,爆轰波的波速为6 000米/秒~7 000米/秒,基本上可认为是无延时传播,而且柔性的传爆索比不锈钢管更易于敷设安装,重量也比不锈钢管轻。

舱盖微爆索破裂系统一般由摇臂-机械起爆器-传爆索-飞靶-传爆索-微爆索等组成。飞行员只需做一个动作,系统就能完成弹射救生的全过程。

舱盖微爆索破裂技术的采用,使系统重量减轻了50%~80%,可靠性指标达到置信度0.9,可靠度0.98。该系统所有部件均定期更换,日常仅视情检查,维护方便,系统的维修性有较大提高。

优异的TY5B穿盖弹射座椅

枭龙的弹射救生系统在设计上充分考虑了其具有的外贸背景。

座舱进行了特别设计,既能配装国内最先进的TY5B火箭弹射座椅,也能配装英国马丁·贝克公司的MK.CN16LE弹射座椅,为用户提供了多种选择方案。下面仅就国产TY5B火箭弹射座椅做一简介。

TY5B火箭弹射座椅是在我国第三代火箭弹射座椅HTY-5的基础上,专门为“枭龙”改进研制的。TY5B火箭弹射座椅(简称为TY5B座椅)具有多态程序控制和良好的高速防护效能,可靠性高、使用维护性好,尤其在低空复杂姿态下的救生性能十分卓越,是世界上先进的第三代弹射救生系统之一。

TY5B座椅采用了较多的高新技术,尤其是电子程序控制技术、椅背火箭技术及出舱稳定装置均为我国首次应用,正是这些高新技术与成熟技术地综合应用,使TY5B火箭弹射座椅具有了引人注目的优异性能。

平飞安全救生包线弹射速度范围为0~1 100千米/小时;弹射高度范围为0~飞机升限。

低空复杂姿态下的安全救生性能基本满足美军标规定的22种状态最低安全高度要求。低空复杂姿态下从飞行员启动弹射手柄到救生伞张满的时间不大于3秒。

着陆速度救生伞在标准情况下(人/伞系统重量100千克,大气压力101 325帕),着陆速度不大于6米/秒。

具有完善的防护高速气流吹袭能力在机动飞行和负过载飞行条件下,能为飞行员提供安全可靠的约束。可分别携带海上、沙漠、寒区、热带和亚热带丛林救生物品,满足不同地区的使用要求。

高性能座椅乘座舒适,操纵简单,具有良好的后视界。

可靠性在90%置信度下达到0.98。

维修性平均修复时间不超过0.85小时,最大修复时间不超过2.5小时(维修度为95%时)。

其它改进为满足用户的特殊要求,TY5B座椅还进行了多项重大改进。增加了飞行员的适用范围,能满足飞行员裸重54.5~91千克的要求。座椅椅盆的调节为:中位至上位62毫米(沿铅垂线方向),中位至下位80毫米(沿铅垂线方向)。救生伞采用了压力封包技术。对飞行员的背带系统进行了改进,提高了舒适性等。

TY5B座椅从2002年开始正式研制以来,先后完成了各项设计,并成功地通过了各项试验。

结束语

微爆索穿盖弹射救生系统是第三代战机广泛采用的先进技术之一,在国外已成功挽救了无数飞行员的宝贵生命。它也将被广泛运用于第四代战斗机(如美国的F-35)的穿盖弹射救生系统上。

目前仅有少数西方先进航空大国能够掌握微爆索穿盖弹射救生技术。成都飞机设计所在20世纪九十年代与航天部门合作开始研发该项技术,是我国唯一掌握该项技术的飞机设计研究所,已成功地将该项技术运用在该所设计研制的“枭龙”等多个飞机型号上。我们相信随着微爆索穿盖弹射救生技术的发展,将极大地提升飞机的战斗力,使弹射救生系统真正成为飞行员的“生命之舟”。

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