Первые принудительные средства покидания

С изменением режима полетов истребительной авиации — ростом скоростей, маневренности и особенно боевого применения на малых высотах возникали усложнявшиеся проблемы по обеспечению безопасности полетов и спасения экипажей, попадавших в аварийную ситуацию. Способ спасения людей из самолета покиданием через борт становился все менее эффективным. У многих летчиков уже не хватало мускульной силы для преодоления сопротивления воздушного потока, а если и хватало сил выброситься через борт, то нередко они сталкивались с хвостовым оперением своих машин (рис. 12).

Однако покидание самолета через борт до середины 1940-х гг. было единственно возможным способом спасения, но надежное спасение обеспечивалось при этом только до скорости 400...500 км/ч (рис. 13). А скорости полета к сороковым годам достигали 600 км/ч и более.

Рис. 12. Проверка возможности безопасного покидания передней кабины бомбардировщика СБ (1940 г.) (скорость - 450 км/ч)

В результате, по данным немецкой статистики, в конце 1930-х — начале 1940-х гг. 40% покиданий самолетов через борт закончились катастрофами. ВВС США в 1943 г. провели анализ аварийных прыжков со своих военных самолетов за 1942 г. Оказалось, что 12, 5% из них закончились гибелью летчиков, а в 45, 5% случаев прыгавшие получили повреждения. Кроме того, анализ показал, что большинство смертельных исходов было при покидании наиболее скоростных для того времени самолетов и что причиной большого числа случаев гибели и повреждения прыгавших были удары о конструкцию самолетов. Изучение статистики аварийных покиданий самолетов-истребителей, произведенных в США в 1944 г., показало, что число случаев гибели повысилось до 15%, а случаев повреждения прыгающих — до 47%. Положение становилось нетерпимым. Нужны были новые способы покиданий, в частности — принудительный выброс кресла с летчиком из кабины.

Ранее уже были попытки провести экспериментальные работы по принудительному выбросу из самолетов, правда, тогда они не всегда вызывались трудностью преодоления сопротивления воздушного потока. Еще в конце 1920-х — начале 1930-х гг. разрабатывалась система покидания самолета, которая должна была помогать летчикам выбираться из кабин, не испытывая страха от прыжка в «бездну», усиливаемого предполагаемой возможностью удара или зацепления за корпус самолета.

На выставке в Кельне в 1928 г. было представлено описание следующей системы: «Кресло пилота с приделанным к нему парашютом размещалось в кабине на баллонах со сжатым воздухом. Нажав на рычаг, пилот мог произвести своеобразный «выстрел», который выбрасывал пилота вместе с креслом и парашютом на 6...9 метров».

В 1940 г. советские конструкторы И. Ф. Флеров и А. А. Боровков работали над созданием истребителя и при этом столкнулись с рядом сложнейших проблем, связанных с ростом скоростей самолетов. Например, конструкторы рассчитывали получить на самолете максимальную скорость у земли 528 и на высоте 6000 м — 660 км/ч. С использованием дополнительных источников тяги (ускорителей) предполагалось достичь скорости у земли 600...650, а на высоте 6000 м — 800...850 км/ч. В связи с этим самолет был необычен по своей конструкции: имел короткий фюзеляж, мотор, который размещался на фюзеляже не в передней части, а в задней, толкающий четырехлопастный винт и две хвостовые балки. Эти балки, предназначенные для размещения в них прямоточных воздушно-реактивных двигателей и крепления к ним хвостового оперения, образовывали своеобразную раму. Конструкторы понимали, что спастись из этого самолета обычным образом будет совсем непросто — сзади расположен вращающийся винт. Поэтому было задумано специальное устройство для покидания этого самолета в аварийной ситуации — устройство, которое должно было поворачивать кресло вместе с летчиком и «выстреливать» его при помощи амортизаторов вниз, за пространство, ометаемое воздушным винтом. Таким образом, в СССР уже намечалось применение своеобразного катапультного устройства, но его реализации помешала война.

Реальное применение системы принудительного выброса летчика из кабины началось во время второй мировой войны в Германии, где занялись исследованиями для решения этой проблемы еще в 1939 г.

Первые немецкие реактивные самолеты были еще очень ненадежны, а главное, многие из них на предельных скоростях из-за аэродинамического несовершенства входили в непреднамеренное пикирование или в штопор.

Исследованиями того времени было установлено, что установившаяся индикаторная скорость парашютиста при затяжном прыжке должна быть 180 км/ч (50 м/с). При аварии скоростных самолетов того времени летчику большей частью приходилось покидать кабину при скоростях, превышающих 180 км/ч.

С увеличением скорости полета оставление летчиком кабины самолета значительно затрудняется по следующим причинам: возрастают аэродинамические силы, действующие на человека при вылезании из кабины; повышается опасность задевания выбросившегося из кабины летчика за хвостовое оперение своего самолета; увеличивается воздействие скоростного потока воздуха на незащищенное лицо и внутренние органы человека. Особенно сильно сказывается влияние первых двух факторов, которые ограничивают предельную скорость оставления самолета обычным способом величинами 400...500 км/ч.

В самом деле, если предельным значением этой скорости считать 540 км/ч (150 м/с), то на оставляющего кабину летчика будет действовать огромная аэродинамическая сила. Только на голову летчика будет действовать аэродинамическая нагрузка около 50 кгс. С такими нагрузками на тело могут справиться лишь спортсмены-атлеты. В момент отделения от самолета на скорости 540 км/ч летчик испытывает примерно девятикратную перегрузку, вызванную торможением тела в потоке. Уже при этой скорости покинуть самолет обычным способом практически невозможно. Нужно буквально выползать через борт, а это осуществляется с большим трудом. Можно утверждать, что многие летчики при авариях самолета на скоростях, близких к значению 500 км/ч, не были в состоянии оставить самолет и погибали в нем (см. рис. 13).

Рис. 13. Траектории падения парашютиста в зависимости от скорости самолета: 1 — V=300 км/ч; 2 — V=400 км/ч; 3 — V=600 км/ч

С другой стороны, при полете вблизи земли со скоростью, превышающей 500 км/ч, оставление самолета нормальной схемы становится опасным из-за того, что не успеет наполниться спасательный парашют.

Фактор воздействия скоростного потока воздуха (даже внезапные его удары) на незащищенное лицо и внутренние органы (легкие) человека менее значителен, чем два первых фактора.

В Германии фирмы «Хейнкель» и «Дорнье», создававшие скоростные реактивные самолеты, осуществили идею выбрасывания из кабины пилотского кресла вместе с сидящим на нем летчиком (рис. 14).

Катапультирование летчика, сидящего в кресле, осуществлялось при помощи пиропатрона или сжатого воздуха, действующего на поршень, помещаемый в специальной трубе за спинкой кресла.

В случае аварии самолета летчик поджимал ноги, ставил их на специальные подножки, производил аварийный сброс фонаря и нажатием на рычаг осуществлял катапультирование.

Известны две немецкие системы для катапультирования кресел: одна с применением пиропатрона (самолет Не-162 фирмы «Хейнкель», рис. 15), вторая — с применением сжатого воздуха (самолеты Не-219, Не-280 и др., рис. 16).

Пиропатрон, применявшийся на самолете Не-162, имел металлическую гильзу диаметром 28 мм и длиной 75 мм, пороховой заряд массой 34 г из бездымного пороха и петарду массой 4 г из черного пороха. Длина хода поршня была 700 мм. При воспламенении пиропатрона газы сжимали пружину и отпирали шариковый замок.

На рис. 17 приведен график изменения перегрузки, действовавшей на летчика, по времени при катапультировании кресла самолета Не-162 с подобранным пиропатроном. Как видно из графика, кривая перегрузки менялась довольно плавно и достигала максимального значения, равного 11, 5g

Общее время действия перегрузки достигало 0, 178 с, а скорость катапультирования 13, 2 м/с.

Рис. 17. График изменения перегрузки по времени для кресла самолета Не-162 (t 0 — время до выхода поршня из цилиндра; t — полное время действия перегрузки)

Скорость в момент выхода поршня из цилиндра равнялась 12 м/с. По расчету необходимая начальная скорость для перелета оперения самолета летчиком должна была быть 11...12 м/с.

Достоинствами систем с пиропатроном являются их небольшая масса и относительная простота конструкции. Так например, общая масса катапультного кресла и цилиндра (остающегося на самолете) составляла 20, 5 кг, в том числе масса кресла 16, 5 кг, масса цилиндра, поршня и затвора 4 кг. Масса движущихся частей 18, 8 кг.

Существенным недостатком этих систем является то, что однотипные пиропатроны не обеспечивают получение во всех случаях (при одной и той же системе) одинаковых перегрузок и начальных скоростей (V₀). Основную роль здесь играет влияние температуры окружающего воздуха. При низких температурах время взрыва пиропатрона удлиняется и сила взрыва уменьшается. Поэтому для самолетов с большой скоростью и высоким вертикальным оперением, которые требуют наличия большой кинетической энергии при катапультировании, применение пиропатронов можно было рекомендовать с большой осторожностью. Ввиду нестабильности действия пиропатронов можно или превзойти предел допускаемых перегрузок, или, наоборот, получить слишком малую скорость катапультирования, при которой человек заденет за оперение.

От этого недостатка более свободны системы катапультирования со сжатым воздухом. Однако эти системы тяжелее и имеют более сложные конструкции. При использовании сжатого воздуха необходимы баллоны, быстро открывающийся клапан с достаточным диаметром проходного отверстия и соответствующая проводка. Усложнение конструкции вызывается также тем обстоятельством, что необходимо путем специальных приспособлений или изменений формы поршня и применением дросселирующей иглы обеспечить достаточно плавное, без ударов, изменение давления воздуха в течение процесса выталкивания.

Характеристики системы катапультирования со сжатым воздухом на самолетах Не-219 и Не-280 приведены в табл. 2.1.

Т а б л и ц а 2.1

Масса кресла летчика самолета Не-219 равна 15, 1 кг, масса кресла наблюдателя 16, 6 кг, масса цилиндров, поршней и затворов 2× 9, 8 кг, масса баллонов с проводкой и клапанами 2× 3 кг. Общая масса 57, 3 кг. Масса катапультного кресла летчика с баллоном и проводкой 27, 9 кг т. е. на 7, 4 кг тяжелее установки на Не-162.

Немецкие конструкторы пришли к выводу, что при индикаторной скорости полета свыше 500...600 км/ч основным средством спасения экипажа самолета может служить кресло, катапультируемое с начальной скоростью 10 м/с и выше, параметры которого должны быть выбраны с учетом скорости и размеров самолета.

Конструкция и длина поршня, заряд пиропатрона или давление и объем сжатого воздуха должны выбираться из условий обеспечения необходимой начальной скорости катапультирования и сохранения величин перегрузок в пределах физиологических возможностей человека. Окончательная проверка выбранных параметров и конструкций должна производиться на наземной катапульте или в результате эксперимента, проводимого на земле.

Предел скорости, до которой возможно эффективное применение катапультных кресел, определяется следующими тремя факторами:

величиной перегрузки, необходимой для создания начальной скорости катапультирования (V₀), потребной для перелета через ГО и ВО. Эта перегрузка не должна превышать предельную перегрузку, переносимую человеком;

величиной перегрузки, испытываемой человеком при внезапном попадании в воздушный поток при скорости, равной скорости полета. Эта перегрузка также не должна превышать предельную;

величиной скоростного напора, который оказывает непосредственное воздействие на незащищенные лицо и части тела человека.

Для катапультных кресел, подобных креслу самолета Не-162, эти пределы соответствовали индикаторной скорости 900 км/ч. Считали, что предельная величина скорости полета, обусловленная первыми двумя факторами, может быть повышена путем удлинения хода поршня, увеличения массы кресла (при одновременном увеличении заряда пиропатрона), изменения аэродинамических характеристик кресла (созданием положительной подъемной силы и уменьшением лобового сопротивления), а также применением кресел, катапультируемых вбок или вниз.

По данным немецких инженеров Герца (фирма «Хейнкель») и Визенхофера (фирма ДВЛ), величина предельной перегрузки при времени действия 0, 1...0, 2 с зависит от психического и физического состоянии человека и находится в пределах от 18 до 23 ед.

На рис. 18 показаны величины предельных перегрузок n_g (без учета компоненты ускорения силы тяжести) в зависимости от продолжительности и направления их действия. Предельные переносимые перегрузки в направлении голова–таз в течение больше чем 0, 5 с приводят к нарушению нормального кровообращения. При меньшем времени действия перегрузки не успевают нарушить кровообращение человека и величину предельно переносимой перегрузки определяет прочность позвоночника.

Рис. 18. График переносимых человеком перегрузок в зависимости от времени и направления их действия: 1 — голова — таз (положение сидя, мягкое кресло); 2 — спина — грудь; 3 — грудь — спина; 4 — ноги — голова; 5 — оценка на основании прыжков в воду головой вниз		Рис. 19. График предельных перегрузок, переносимых человеком, в зависимости от продолжительности и направления их действия: 1 — по данным фирмы ДВЛ и «Хейнкель»; 2 — по данным Шреика и Иорганга (фирмы «Хейнкель»); 3 — кресла с подлокотниками для рук

Производя опыты с людьми на наземной катапульте, Герц установил, что наличие подлокотников позволяет повысить величину предельной перегрузки до 28 ед. при времени ее действия около 0, 15 с. Такие же данные получены и Визенгофером при экспериментах на наземной катапульте с системой Do-335 фирмы «Дорнье».

Перегрузки в направлении таз — голова (рис. 19) переносятся труднее. Предельная перегрузка в этом направлении при времени действия больше 0, 5 с равна 3...4 ед., а при меньшем времени действия может достигать 8...10 ед. Предельные перегрузки в направлении спина–грудь определены ими порядка 11...12 ед. при длительном действии и доходили до 23 ед. при кратковременном их действии.

Вращение лицом вперед или назад вокруг центра масс само по себе не оказывает серьезного влияния на организм человека (в фирме ДВЛ проводились опыты при вращении со скоростью до 90 об/мин в течение 60 с). Однако если кресло после катапультирования начнет вращаться вперед, то вредное влияние может оказать перегрузка в направлении таз — голова (см. рис. 19).

По некоторым выводам немецких фирм, дальнейшее увеличение скоростей полета, связанное с необходимостью устранения воздействия скоростного напора на лицо и тело летчика, потребовало бы создания капсул или целых отделяемых кабин, а также способов быстрого снижения скорости самолетов.

Как теперь известно, для гашения скорости полета реактивных самолетов с конца 1940-х гг. применяют аэродинамические воздушные тормоза. Однако при экстренном покидании самолета, как правило, воздушные тормоза не применяют, так как они не успевают создать эффективное торможение. Современные катапультные средства позволяют покидать самолеты практически во всем диапазоне скоростей применения.

Что же касается капсул и отделяемых кабин, то они пока не нашли широкого применения, а на некоторых самолетах (В-1) от них отказались уже в процессе эксплуатации.

В последний период войны работы немецких конструкторов вызвали большой интерес со стороны авиационных специалистов стран-победительниц второй мировой войны. Большая часть результатов этих исследований в области спасения попала в руки английских военных, которые буквально охотились за материалами немецких конструкторов, а также и за ними самими.

В своих разработках английские авиационные фирмы максимально использовали немецкие трофейные материалы. Особенно преуспела в этой части английская фирма «Мартин-Бейкер», которая в дальнейшем полностью перешла от производства самолетов к производству катапультных кресел и достигла в этом заметных успехов.

Достаточно глубокий анализ исследований немецких ученых в области средств спасения провели после войны американские, советские и английские специалисты.

Вице-президент американской фирмы «Стенли Авиэшн» Р. X. Фрост 25 января 1955 г. в своем докладе о работах над катапультным креслом, проводившихся в различных странах, сообщил, в том числе, что немцам удалось:

1) доказать аналитическим изучением необходимость применения катапультных кресел, из чего следовало, что человек, выбравшийся из кабины самолета-истребителя среднего размера, летящего со скоростью 800 км/ч на высоте 1000 м, при полете около хвостового оперения имеет относительную (по отношению к самолету) скорость порядка 145 км/ч (удар в этом случае, как правило, смертелен!) (см. рис. 13);

2) показать, что торможение человека, выброшенного из самолета на этой скорости, настолько велико, что действие динамического давления в течение 2 с после катапультирования уменьшается до относительно незначительных величин, и в течение 6...8 с скорость полета человека уменьшится до обычной, установившейся скорости свободного падения;

3) исследовать переносимость человеком ускорений, вращения и ударов потока воздуха, связанных с катапультированиями, и установить следующие пределы:

а) положительного ускорения в направлении, параллельном позвоночнику, 20g в течение 0, 1 с, 25...27 g в течение 0, 01 с;

б) отрицательного ускорения в направлении, параллельном позвоночнику, 10g в течение 0, 1 с;

в) поперечного ускорения в направлении, перпендикулярном позвоночнику, не меньше 24 g в течение 0, 1 с;

г) при «кувыркании» (вращение вокруг продольной оси тела) не меньше 90 об/мин в течение 1 мин;

д) при ударе воздушного потока в незащищенное лицо — 860 км/ч при условии, что рот и глаза закрыты;

4) доказать качественное преимущество упора на подлокотники в отношении уменьшения продольной нагрузки на позвоночник, возникающей при катапультировании вверх, и показать значение конструктивных опор для всех частей тела. В соответствии с этим применяли фиксированные (неподвижно закрепленные) рукоятки на подлокотниках с двухступенчатым пусковым устройством, вмонтированным в одну из рукояток.

При движении выстреливается заряд принудительного сброса фонаря и снимается с предохранителя спусковой рычаг катапульты, нажатие которого приводит в дальнейшем к выстрелу катапульты;

5) рассмотреть и отвергнуть идею катапультного устройства рычажного типа, в котором для поднятия летчика из кресла и перебрасывания его через хвост самолета используется балка, нагруженная пружиной и шарнирно подвешенная вблизи хвостового оперения; также рассмотреть вопрос о применении вместо катапульты стартовых взлетных ракет;

6) рассмотреть и испытать пружинные, пневматические и пороховые катапульты и оценить влияние скорости изменения ускорения при катапультировании;

7) разработать и испытать установки для испытания катапультных устройств. Было определено, что результаты, полученные на таких устройствах и в аэродинамических трубах, а также результаты, полученные другими методами испытания и расчетов, не могут заменить результатов, получаемых при летных экспериментах;

8) наряду со всеми другими компонентами системы покидания скоростного самолета немцы разработали новые типы парашютов, в том числе парашюты с управляемыми поверхностями купола, особенностями которых является безопасное наполнение купола на больших скоростях, уменьшенный удар при открытии парашюта и большая устойчивость, чем у обычных парашютов;

9) обнаружить, что катапультное кресло с человеком, выброшенное вверх в воздушный поток, усиливаемый еще и винтом (пропеллером), имеет отрицательную подъемную силу — недостаток, имеющий громадное значение для расчета траектории, обеспечивающей перелет через хвостовое оперение. Кроме того, они изучили степень влияния на траекторию другого фактора, который часто не принимался во внимание, а именно ускорение самолета в момент катапультирования;

10) были сделаны выводы о необходимости разработки автоматически открывающихся парашютов, кресел, катапультируемых вниз, и капсул для спасения на высотах выше 15 000 м, хотя, видимо, разработки в этих направлениях в конце войны были замедлены. В отличие от немцев американцы в конце 1940-х гг. этим работам придавали большое значение. Приведенные материалы свидетельствуют о глубоком изучении проблем, связанных с катапультированием.

В своем докладе Р. X. Фрост сообщал, что в связи с успешным разрешением ряда основных проблем катапультирования немцами уже в 1944 г. была выпущена директива, требовавшая, чтобы все новые самолеты-истребители были снабжены катапультными креслами. Такие установки были сделаны на нескольких типах реактивных скоростных самолетов фирм «Хейнкель», «Мессер-шмитт» и «Дорнье» (Не-162, Не-219, Me-163, Ме-262 и Do-336), и к концу войны катапультные кресла были применены при покидании самолета около 60 раз.

Однако Р. X. Фрост в своем докладе не упомянул, к каким варварским методам немецкие медики прибегали при определении переносимости человеческим организмом перегрузок, условий, возникающих при полетах на больших высотах, и длительного пребывания в холодной воде (до +2°С) в случае попадания после катапультирования в морскую воду.

В материалах Нюрнбергского процесса над главными немецкими военными преступниками в числе доказательств преступности организации «СС», представленных американским обвинителем Фарром, имеются письма доктора Рашера к Гиммлеру с просьбой разрешить использовать лиц, заключенных в концлагерях, в качестве подопытных существ для проведения опытов по поручению военно-воздушных сил.

В качестве обоснования просьбы приводились следующие доводы: «...до сего времени нам не представлялось возможности производить эксперименты над людьми, так как проведение таких опытов связано с большой опасностью и никто добровольно не соглашается на это»; «...делались попытки использовать обезьян, но они оказались неподходящими для таких испытаний».

В материалах американского обвинителя Фарра сообщается: «Доктор Рашер немедленно получил заверения со стороны «СС», что ему будет разрешено использовать заключенных для этих экспериментов».^*

Через некоторое время генерал-фельдмаршал Мильх от имени воздушных сил выразил благодарность войскам СС за помощь в организации экспериментов. А еще через некоторое время этот же Мильх в дополнение к благодарности за оказанную возможность проведения опытов над людьми обратился с сообщением о необходимости проведения дальнейших экспериментов в интересах ВМС.

Ссылаясь на отчеты по испытаниям, американский обвинитель Фарр приводит несколько примеров, свидетельствующих о муках со смертельными исходами, сопровождавшими эти эксперименты.

В докладе Р. X. Фроста отмечалось, что немецкие авиамедики считали разработку катапультного кресла своим самым крупным вкладом в дело безопасности полетов за время войны.

Несколько позднее шведские ВВС тоже занялись разработкой катапультных кресел, возможно, это делалось благодаря данным, полученным от немцев. А необходимость в таком кресле была обусловлена разработкой истребителя J-21, появившегося в Швеции в 1945 г. Схема этого самолета была схожа со схемой самолета И. Ф. Флерова и А. А. Боровкова, которые также считали необходимым применение катапультного кресла.

Самолет J-21 был двухбалочной схемы с толкающим винтом, балки соединялись относительно высоким горизонтальным оперением. В связи с этим на самолете было установлено катапультное кресло, наиболее характерной особенностью которого было применение двух катапульт (цилиндров), служивших также направляющими для катапультирования и основными силовыми элементами кресла. Газы в катапульты поступали из центрального пиромеханизма с пороховым зарядом для того, чтобы не было асимметрично приложенных сил, возможных при использовании в такой конструкции двух независимых катапульт.

Попытки англичан создать устройства для аварийного покидания скоростного самолета начались в 1944 г. с работ научно-исследовательского института ВВС Англии и конструкторского бюро Джеймса Мартина, главы фирмы «Мартин-Бейкер». В результате этой работы было создано простое катапультное кресло, которое успешно прошло испытания при катапультированиях с манекеном на земле и в воздухе в 1945 г. После испытаний с манекеном

Рис. 20. Первое опытное катапультирование с креслом фирмы «Мартин-Бейкер» из английского двухместного истребителя «Метеор-III» фирмы «Глостер» (1945 г.)

в июне 1946 г. было проведено первое испытание кресла «Мартин-Бейкер» с человеком. Этим человеком был летчик-испытатель Бернар Линг (рис. 20). Катапультирование было произведено на высоте 2500 м при скорости 520 км/ч из двухместного реактивного истребителя «Метеор-III» фирмы «Глостер». Кресло пиротехнически забрасывалось на расстояние 15...18 м над самолетом со скоростью 20 м/с. После этого летчик отделялся от кресла и открывал маленький парашют для стабилизации и торможения, а затем — и свой основной парашют.

После ряда доводочных работ и испытаний в августе 1947 г. было проведено еще одно испытание с человеком при скорости 810 км/ч на высоте 3700 м, что явилось доказательством незаменимости катапультных кресел для спасения со скоростных самолетов.

ВВС и ВМФ США начали серьезную разработку катапультных кресел в 1945 г. Они начали свои работы с изучения иностранных достижений и патентов (в основном — немецких). Сотрудники лаборатории авиамедицины во главе с полковником У. Р. Лавлейсом посетили оккупированную Германию, Швецию и Англию и привезли с собой на базу «Райт Филд» катапультное кресло самолета Не-162 и кресло шведского самолета J-21.

После оценки собранных материалов лаборатория авиамедицины рекомендовала для ВВС США разработку кресла, основанного, главным образом, на принципах немецких кресел со следующими основными характеристиками: максимальная перегрузка в направлении голова — таз — 20 g в течение 0, 1 с; скорость движения кресла на ходе 800мм — 17, 5 м/с. Кресло должно было иметь: опоры для головы, рук и ног, а также подлокотники, на которые должна была передаваться часть массы тела (разгрузка позвоночника); устройство для автоматического освобождения летчика от кресла после катапультирования. Было рекомендовано разработать личное снаряжение, способное противостоять удару воздушного потока при катапультировании на скорости 960 км/ч.

17 августа 1946 г. старшина ВВС США Лоуренс Ламберт впервые испытал катапультное

кресло, спроектированное самолетной лабораторией, совершив на нем катапультирование.

ВМФ США, изучив материалы фирмы «Мартин-Бейкер», решили приобрести английские кресла для проведения экспериментов на военно-морской базе в Филадельфии. Первое катапультирование человека в полете на кресле фирмы ДВЛ флот США провел в ноябре 1946 г. Испытателем был морской летчик, лейтенант флота А. Фартек (рис. 21).

Рис. 21. Первое катапультирование человека в США

Прежде чем было произведено первое катапультирование человека, почти целый год был затрачен на широкую исследовательскую и конструкторскую работу. Американцы нашли целесообразным повторить и расширить большую часть работ, выполненных за границей, что потребовало постройки испытательной катапультной установки и большого количества измерительной аппаратуры для измерения физиологических факторов, связанных с катапультированием. Испытания этого типа имели первостепенное значение. На их основе в США устанавливались критерии для конструирования последующих катапультных установок.

При испытаниях, проведенных под руководством начальника Авиамедицинской биофизической лаборатории полковника X. М. Свини и сменившего его на этом посту X. Э. Сэйвли, довольно быстро было обнаружено, что основные критерии немецких конструкторов были верно обоснованы и что действительно перегрузка 20 g должна была считаться максимальным ускорением, которое человек может переносить в течение 0, 1 с. Необходимо было выполнить большую работу для того, чтобы установить пределы скорости изменения ускорений. Эти величины влияют на способность человеческого тела выдерживать перегрузки. Но они особенно трудно поддаются оценке и при их определении столкнулись с трудностями. Первоначально предел скорости изменения был установлен равным 250 g/c для катапультирования вверх, но дальнейшие испытания и опыт катапультирований доказали необходимость уменьшения предела до 200 g/c.

Направления проводимых исследований и новых конструктивных решений определялись результатами практических применений катапультных установок. Вначале особенно сильное влияние на принимаемые решения оказывали травмы, получаемые экипажами при встречах с воздушным потоком. Чтобы понять, почему это было так, и представить, к каким последствиям может приводить встреча с воздушным потоком при катапультировании на кресле, не оборудованном средствами защиты от воздушного потока, приведем два примера.

В 1955 г., когда накапливался опыт эксплуатации созданных за рубежом катапультных кресел, в печати были опубликованы два случая катапультирования на сверхзвуковой скорости полета. Одним из самолетов ВВС США был серийный истребитель F-100A «Супер Сейбр» фирмы «Норт Америкен», проходивший заводские испытания, вторым — истребитель ВВС Англии «Хантер» фирмы «Хоукер». В обоих случаях самолеты пикировали с нарастающей скоростью. Из-за потери управляемости летчики были вынуждены прибегнуть к катапультированию.

Хотя никакого официального отчета о полете истребителя «Хантер» не было опубликовано, в печати сообщалось, что летчик этого самолета старший лейтенант X. Молланд выбросился на высоте 7500 м при скорости полета, соответствующей М=1, 01...1, 1, т. е. при истинной скорости полета порядка 1140...1230 км/ч во время крутого пикирования. Самолет «Хантер» был оборудован одной из первых модификаций кресла фирмы «Мартин-Бейкер» Mk. 2.

Впоследствии было установлено, что летчик левой рукой подтянул шторку механизма катапультирования, а правой нажал рычаг сбрасывания фонаря кабины. После сброса фонаря летчику не удалось ухватиться правой рукой за шторку. Потоком воздуха руку отбросило назад за спину и сломало ее о кресло. Силой потока, действовавшего на летчика, были сорваны перчатки, шлем и кислородная маска. От удара потока воздуха в лицо под глазами у летчика образовались синяки. Автоматика кресла сработала нормально. На заданной высоте 3000 м раскрылся парашют, и дальнейший спуск протекал штатным образом. Катапультное кресло, по-видимому, полностью выполнило свои функции гашения скорости и обеспечения быстрого устойчивого снижения до высоты раскрытия парашюта на заданной высоте. Однако защита летчика от действия воздушного потока оказалась недостаточной.

В скором времени на смену креслу Mk. 2 пришли следующие модификации — от Mk. 3 до Mk. 10, которые в результате дальнейшего совершенствования были оборудованы системой аварийного пиротехнического плечевого притяга и системой автоматического притяга ног. Подготавливалась система для применения блокированного управления катапультированием и сбросом фонаря. На этих креслах пиромеханизм выстрела срабатывал через 0, 1...0, 3 с после сбрасывания фонаря кабины, причем для этого летчик выполнял только одну операцию — вытягивал шторку. Ему уже не приходилось переносить руку с рычага сброса фонаря и тянуться за шторкой, когда фонарь уже был сброшен (рис. 22).

Катапультирование на самолете F-100A несколько отличалось от описанного выше, частично вследствие различий в конструкциях английского и американского кресел, а частично и потому, что условия катапультирования на самолете F-100A были менее благоприятными.

Летчик-испытатель серийных самолетов фирмы «Норт Америкен» Ф. Смит привычно набрал высоту, пройдя сквозь облака с включенной форсажной камерой при скорости, близкой к скорости звука. Семь минут спустя самолет находился на высоте 11 300 м и перешел в горизонтальный полет со все еще включенной форсажной камерой. Во время разгона у самолета появилась обычная небольшая тенденция к затягиванию в пикирование, которое в этот раз летчик не смог преодолеть. Самолет перешел в крутое пикирование, и управление заклинило. Пока Смит принимал меры к выравниванию самолета, скорость возросла почти до 1300 км/ч, и он передал по радио сообщение о бедствии. Находившийся поблизости другой летчик-испытатель той же компании посоветовал Ф. Смиту покинуть самолет. Несмотря на то, что Ф. Смит из последних сообщений знал о гибельности катапультирования на такой скорости, он решил прибегнуть к этому последнему средству спасения.

Смит опустил козырек своего летного шлема, убрал газ и выпустил воздушные тормоза. Указатель числа Маха показывал сверхзвуковую скорость, а снижение составляло около 350 м/с. Не поставив ноги на подножки кресла и не сделав ничего другого, чтобы занять положение для катапультирования, Ф. Смит сбросил фонарь кабины и был немедленно оглушен шумом. Это в значительной степени лишило летчика самообладания, и он наклонился вперед, чтобы избавиться от действия шума, расположив тело в еще худшее положение для катапультирования. Пригнув голову почти к коленям, держа ноги на педалях, а левую руку на рычаге газа, Смит нажал рычаг катапультирования на правом подлокотнике кресла. Момент, когда летчик нажал на рычаг (фактически он даже не помнил, как он это сделал), был, по-видимому, последним моментом сознания, которое вернулось к нему только через пять дней.

Рис. 22. Катапультное кресло Mk.3А (со шторкой) фирмы «Мартин-Бейкер»

В это время в порт возвращалась моторная лодка. Находившиеся в лодке люди увидели фонтан воды, поднявшийся в нескольких сотнях метров за кормой, затем они заметили и рассмотрели в зрительную трубу тело, падавшее с изорванным парашютом. Менее чем через минуту после того как Ф. Смит коснулся воды, судно было рядом с ним, и он был поднят на борт. Одежда Смита была изорвана, личные вещи, включая ботинки, носки, шлем, маску, перчатки, часы и кольцо, исчезли. Лицо летчика было сильно изуродовано, желудок был настолько наполнен воздухом, что тело держалось на воде без спасательного пояса до тех пор, пока судно подошло к месту падения. Сильно потрясенный, почти в бессознательном состоянии, Смит по пути в госпиталь пробормотал только несколько бессвязных слов.

После того как были извлечены обломки самолета и опрошены очевидцы, было установлено, что Ф. Смит выбросился при числе Маха полета, равном приблизительно 1, 05 на высоте 1980 м, т. е. при истинной воздушной скорости 1250 км/ч. На летчика действовало торможение воздушного потока с перегрузкой 40g, что примерно эквивалентно давлению воздуха G< 6000 кг/м².

Американское катапультное кресло не имело шторки для защиты лица от действия скоростного воздушного потока, а управление катапультированием и сбросом фонаря кабины было выполнено в виде отдельных рычагов, установленных на откидных подлокотниках. Кресло не имело систем стабилизации и торможения для предотвращения перевертывания кресла и для затормаживания его до момента отцепки от летчика, которая производилась автоматически на высоте менее 3000 м. Вследствие отсутствия на кресле системы стабилизации Смит падал, беспорядочно кувыркаясь в воздухе, и автоматически отделился от кресла. А когда через 2 с свободного падения летчика автоматически раскрылся парашют, одна треть парашюта оказалась разорванной.

Осмотр в госпитале выявил многочисленные наружные и внутренние повреждения тела летчика. Глазные яблоки оказались выпученными за веки, кончик носа был оторван маской, все лицо было изранено и изрезано. Сильный удар скоростного потока воздуха по животу вызвал прилив крови к лицу, раздув его до неузнаваемости, а воздух, сдавивший горло, пришлось впоследствии удалять желудочной помпой. Во время беспорядочного падения Смит ударялся о кресло, и все тело его было серьезно изранено. Ноги летчика разбросило потоком, и они были сильно растянуты в сухожилиях; тонкие кишки были местами порваны, повреждена печень; в глазах было обнаружено не менее 20-ти внутренних кровоизлияний и некоторое время опасались, что Смит потеряет зрение.

Однако после семимесячного лечения и нескольких операций Смит поправился настолько, что получил разрешение летать на легких самолетах. Зрение его восстановилось, хотя глаза стали повышенно чувствительны к яркому свету и медленно адаптироваться к темноте. Повреждение печени исключило употребление спиртных напитков, временами появлялись боли в коленях. До описанного происшествия масса Ф. Смита была 97, 5 кг, в госпитале она упала до 68 кг, после выписки из госпиталя его масса восстановилась.

Ранения, которые Ф. Смит получил при катапультировании, превзошли все то, что наблюдалось при испытаниях на ракетной дорожке ВВС США. Предположили, что он приблизился к крайним пределам выносливости человеческого организма. Этот случай тщательно изучался многими специалистами авиамедицины, и исследования проблемы защиты при оставлении самолета на больших скоростях были резко усилены, особенно в связи с тем, что самолеты подобного класса широко эксплуатировались в истребительной авиации ВВС США. По результатам проведенных исследований катапультные кресла были существенно доработаны.

Приведенные случаи неблагоприятного применения американского и английского кресел первого поколения на самолетах F-100 фирмы «Норт Америкен» и «Хантер» фирмы «Хоукер» сделали поиски специалистов целенаправленными. Больше внимания стали уделять обеспечению спасения летчиков на больших скоростях и связанным с этим мероприятиям по защите летчиков от воздействия скоростного воздушного потока. Условия спасения при покидании на малых высотах продолжали считать второстепенными.