Катапультные кресла первого поколения

С середины 1940-х гг. в СССР велись поиски оптимальных решений в области создания средств спасения, так как скорости самолетов вышли за пределы возможности их покидания за счет мускульной силы экипажей. Материалов для решения возникших проблем, связанных с этой тематикой, в Советском Союзе практически не было. Их необходимо было накапливать как по техническим, так и по физиологическим аспектам.

Решение задачи по выбросу кресла с летчиком на высоту, достаточную для перелета через киль самолета, без превышения при этом физиологических возможностей человека, потребовало проведения больших расчетных, конструкторских и экспериментальных работ. Они проводились на наземных стендах с манекенами и испытателями, а затем и на летающих лабораториях вначале с манекенами и только после накопления необходимого количества экспериментального материала — с человеком.

Теоретическое обоснование вновь создаваемым системам катапультирований взяли на себя молодые в то время ученые А.В.Чесалов и Н.С.Строев. Результаты проведенных ими работ были помещены в журналах «Техника Воздушного Флота» № 10 за 1946 г. и № 2 за 1947 г. Ученые разработали технические требования к новым системам, при этом, в содружестве с авиационными медиками, учли физиологические возможности человеческого организма.

Ценность проделанной в то время работы очень велика. Некоторые выводы, сделанные Чесаловым и Строевым более сорока лет назад, не потеряли своей значимости и в наше время. Кроме того, эти работы свидетельствуют о большом значении, которое придавалось в нашей стране вопросам создания эффективных средств аварийного покидания самолетов.

Большая работа при создании новой техники по спасению экипажей была проведена в ОКБ, возглавлявшемся в то время главным конструктором А.И.Микояном, с участием работников ЦАГИ, ЛИИ и Института авиационной медицины. Это были весьма эрудированные специалисты, не раз демонстрировавшие свою изобретательность, фанатическую преданность своей профессии, истинные энтузиасты. В плеяду конструкторов, создавших катапультное кресло, входили С.Н.Люшин, В.М.Беляев, Е.Г.Шварцбург, канд. техн. наук и мастер спорта Р.А.Стасевич, врачи П.К.Исаков, В.Л.Комендантов, В.В.Левашов. Они были первопроходцами этой зарождающейся отрасли техники, а в дальнейшем и науки, призванной спасать экипажи. Трудно рассказать о всех, кто участвовал в создании первого катапультного кресла, но на одной колоритной фигуре остановиться стоит.

Сергей Николаевич Люшин, еще будучи совсем молодым, увлекся планеризмом. Уже в 1923 г. он участвовал в работе кружка К.К.Арцеулова «Парящий полет». Его увлеченность планеризмом была столь велика, что даже малая подвижность кисти левой руки, проявившаяся в раннем детстве в результате болезни, не помешала ему заниматься проектированием и постройкой планеров, а в дальнейшем и полетами на них.

В 1928 г. в Коктебеле он знакомится с легендарной личностью — Сергеем Павловичем Королевым, тоже энтузиастом планерного спорта. Дружба этих двух незаурядных специалистов прошла через всю их жизнь. Вместе они летали на планере «Дракон» Б.И.Черановского, вместе в 1929 г. создали рекордный планер «Коктебель», на котором после нескольких испытательных полетов летчика К.К.Арцеулова летали сами. На этом планере было выполнено большое число парящих полетов в районе горы Узын-Сырт в Коктебеле в Крыму. А в 1930 г. полеты совершались уже на следующем их детище — планере «Красная звезда».

В этот период на планерных слетах произошла встреча, завершившаяся долгой, также прошедшей через всю жизнь, дружбой С.Н. Люшина с O.K. Антоновым — создателем многих планеров и самолетов.

Немало усилий приложил С.П.Королев, чтобы приобщить С.Н.Люшина к полетам на самолетах — медицинские комиссии не допускали его к полетам из-за дефекта левой руки. И все же С.П.Королеву удалось добиться для него разрешения. С.Н.Люшин освоил и эту профессию.

Работая во время войны у главного конструктора С.А.Лавочкина, С.Н.Люшин значительно умножил свой опыт в оперативном решении конструкторских задач. Да и само по себе общение с людьми, буквально начиненными техническими идеями и наэлектризованными авиационным энтузиазмом, позволило ему накопить богатый опыт, способствовавший решению возникавших вопросов в совсем новом деле создания катапультных кресел.

Вот как вспоминал сам С.Н.Люшин об этом времени: «На длинном рельсовом пути, круто, почти вертикально, уходившем вверх, перемещалась тележка, которую приводил в действие стреляющий механизм. Е.Г.Шварцбург подбирал заряды, чтобы получить нужную перегрузку, а Р.А.Стасевич рассчитывал траектории. Катапультировали манекены, животных и, наконец, решились на более серьезный опыт. В сотрудничестве с врачами подобрали элементы кресла к человеку, ориентируясь на форму тела Ростислава Андреевича Стасевича.

Точкой отсчета при размещении кресла стал глаз летчика — линия прицеливания. Затем определили угол между спинкой и чашкой сиденья, угол заголовника, к которому должна была плотно прижиматься голова, приделали упоры для рук и ног, поставили «спину» (форму спины).

Время от времени Стасевич давал оценку: «Больно! Неудобно! А так, мне кажется, лучше...».

Все буквально плясали вокруг Стасевича. Его слово на этой стадии было законом. Отрезали, приваривали, снова отрезали и снова приваривали. Пока, наконец, Р.А.Стасевич не перестал жаловаться. После того как определились основные контуры кресла, выполнили из металла его схему, медики и антропологи тщательно проанализировали статистику (у разных людей длина корпуса, рук, ног различна), выдали инженерам размеры и занялись окончательной отработкой кресла. При этом одно звено будущей системы спасения все же оставалось неясным — пиропатрон. Предстояло точно определить силу порохового заряда. Теоретически решить эту задачу невозможно. Пришлось экспериментировать подбором.

Шесть испытателей, шесть здоровенных, крепких парней, должны были держаться до возможного предела переносимости, до крайности, которую можно вытерпеть, превозмогая боль. После каждого опыта немедленно делались анализы, проверялось состояние организма.

Испытатели еще не успели приступить к работе, когда внезапно проявили бдительность финансовые органы.

В чем дело? Почему за испытания, проводившиеся на земле, выплачивается столь высокое вознаграждение?

Спорить, убеждать финансистов было некогда, и С.Н.Люшин приказал приступить к эксперименту. Оклеенный датчиками (вскоре так стали оклеивать космонавтов), испытатель садился в кресло на тележке и после команды: «Приготовиться!...Приборы!...Пошел!» производил залп из двух трехдюймовых пушек, разгонявших тележку. Через мгновение ее резко останавливали тормоза. Так возникала огромная перегрузка.

Однажды, когда пушки были заряжены и испытатель занял рабочее место, у стенда появился начальник института с какими-то людьми и спросил С.Н.Люшина: «Куда можно поставить этих товарищей?» Товарищей поставили, спрятали за защитными броневыми плитами.

Очередной залп трехдюймовок снял все денежные осложнения. Финансисты убедились, что платят испытателям не зря...»

На земле человеческий организм вынес встряску, не предусмотренную природой. Пройдет ли все благополучно и в воздухе? Врач-физиолог П.К.Исаков доказал коллегам, что резкое учащение пульса, повышение кровяного давления, изменение биотоков мозга — не следствие перегрузок, а лишь естественная психологическая реакция испытателя в ожидании эксперимента.

Оставалось убедиться, что кресло благополучно пройдет над килем. На небольшой полянке в лесу возле опытного аэродрома поставили катапульту с тем же наклоном направляющих и с той же длиной стреляющего механизма, что и на самолете. Помещение, где готовили материальную часть к эксперименту, назвали препараторской, поляну, где проводили эксперименты, — полигоном. Там долго гремели выстрелы, стрекотали киноаппараты. Кинокадры позволили вычертить точные траектории полета кресла с манекеном.

Летные испытания решили провести на бомбардировщике Пе-2, превращенном в летающую лабораторию. Его двухкилевое разнесенное оперение сводило риск столкновения летчика с ним до минимума. В кабине стрелка-радиста смонтировали направляющие рельсы, по которым, покидая самолет, будет скользить кресло с манекеном. Масса и размеры манекена соответствовали данным «среднего летчика».

Не все шло гладко в этих экспериментах. После выхода из кабины кресло плохо стабилизировалось, попросту кувыркалось. Инженеры и испытатели опять просматривали кинопленки, снятые киноавтоматами с борта Пе-2 и киноаппаратами с борта рядом летящего самолета-киносъемщика. Разбор материалов киносъемок позволял принимать решения по доработкам кресла, в частности по созданию устройства для его стабилизации, по более плотной фиксации и т.д. Наконец, наступил день, когда человеку предстояло заменить манекен.

24 июля 1947 г. на одном из подмосковных аэродромов непривычная волнующая тишина. Взлетно-посадочные полосы пусты, все полеты закрыты. Только на одной из дорожек — самолет Пе-2, рядом — самолет-киносъемщик. Подъехал автокран, легко подхватил кресло, в котором уже сидел испытатель, и поставил в кабину самолета Пе-2. Инженеры и техники подсоединили проводку записывающей аппаратуры, систему выстрела. Все готово для взлета.

Испытателем в этом рискованном полете был опытный парашютист Гавриил Афанасьевич Кондратов. За его плечами

Рис. 41. Первое катапультирование в СССР (1947 г.)

было около семисот прыжков с парашютом в самых разных, подчас неожиданных ситуациях. Готовый в любой момент подняться в воздух, дежурил санитарный самолет, рядом стояли автомобили, на реке курсировала моторная лодка. Успешным катапультированием с бомбардировщика Пе-2, переоборудованного под летающую лабораторию, парашютист-испытатель Г.А.Кондрашев открыл в Советском Союзе счет покидания самолета при помощи подобных устройств (рис. 41). Катапульта стала с этого времени штатным снаряжением всех советских реактивных самолетов.

Первое катапультное кресло для самолетов МиГ было создано и испытано в 1947 г. В 1948 г. после внедрения этого кресла в серийное производство авторскому коллективу в составе А.И.Микояна, М.И.Гуревича, Н.З.Матюка, А.Г.Брунова и С.Н.Люшина была присуждена Государственная премия.

Все конструктивные трудности систем аварийного покидания самолета определяются ограниченной способностью человеческого организма противостоять окружающему давлению, силам и ускорениям. Непрерывно изменявшиеся характеристики самолетов истребительной авиации и тактика ее применения значительно усложняли условия функционирования средств спасения, что приводило и приводит к снижению их эффективности. Эти обстоятельства обязывают конструкторов постоянно вести поиски новых решений.

Кресла создавались параллельно с теоретическими изысканиями, когда последствия, к которым могло привести попадание в скоростной воздушный поток летчика с незафиксированными конечностями и незащищенным лицом, еще не были достаточно изучены. Не ясны были и последствия покидания на малых высотах. Основной задачей являлся принудительный выброс летчика из кабины.

Кресла, применявшиеся на самолетах различных КБ, на первом этапе мало чем отличались между собой. Их эксплуатация выявила ряд недостатков, в том числе связанных с воздействием скоростного напора воздуха на незафиксированные конечности и незащищенное лицо.

Представить путь развития тематики, связанной с проблемой спасения экипажей, можно, рассмотрев различные схемы кресел, созданных в отечественных КБ для самолетов различных поколений и дополнив их материалами из зарубежной печати.

Схемы первых кресел были простейшие. Стреляющий механизм и чашка, в которую укладывался парашют, крепились к каркасу. На парашюте, уложенном в чашку, сидел летчик, карабин фала для раскрытия ранца парашюта подсоединялся к чашке кресла. После катапультирования летчику необходимо было оттолкнуться от кресла, чтобы «не засидеться», и только после этого открывался ранец и начинал наполняться купол парашюта. На этот процесс летчику требовалось время, зависевшее от его индивидуальных свойств и расторопности, а следовательно, и высота, необходимая для отделения от кресла и последующего наполнения купола спасательного парашюта. Минимальной высотой, необходимой для спасения, при покидании самолета, находившегося в горизонтальном полете, считалась высота 250...300 м.

На рис. 42 показано катапультное кресло 1-го поколения. Оно применялось на самолетах МиГ-15, МиГ-15 бис, МиГ-15 УТИ, МиГ-17 и на некоторых других.

На кресле отсутствовали средства для защиты лица и конечностей от потока, и поэтому на скоростях выше 700 км/ч покидания, как правило, заканчивались травмами.

Статистика неблагополучных исходов катапультирований с этими креслами накапливалась достаточно быстро. Особенно страдали летчики от воздействия воздушного потока. Большая высота полета в момент покидания самолета, необходимая для спасения, в то время не считалась недостатком. Еще не успели оценить значения «минимальной высоты покидания», которая - в скором времени стала главным фактором для обеспечения спасения.

Поиски мероприятий, обеспечивающих безопасное катапультирование экипажа и защищающих его от потока на повышенных скоростях, привели конструкторов к созданию кресла 2-го поколения — шторочного (рис. 43). Решение было не радикальное, но по тому времени необходимое и казавшееся эффективным. Такие кресла применялись на самолетах МиГ-17, МиГ-19, Як-25 и др.

Заголовник кресла был оборудован специальным барабаном с намотанной на него прочной тканью, к которой крепилась рукоятка. Чашка кресла оборудовалась подножками с автоматически закрывавшимися захватами ног.

Через некоторое время на креслах появилась аварийная система притяга плечевых ремней, которая, притягивая туловище летчика к спинке, обеспечивала ему изготовочную позу для катапультирования, предохраняя позвоночник от повреждения.

Летчик, принимая решение о катапультировании, сбрасывал фонарь с помощью рукоятки, установленной на подфонарной панели, после чего двумя руками брался за рукоятку защитной шторки, вытягивал ее над головой вниз. Шторка, вытягиваясь, поворачивала барабан, выдергивалась чека стреляющего механизма, накалывался пиропатрон. Газы патрона, образующиеся от сгорания пороха, раздвигают телескопические трубы стреляющего механизма, выбрасывая кресло с летчиком из кабины. Попав в поток, летчик должен был отстегнуть ремни, оттолкнуться от кресла и после раскрытия парашюта приземлиться или приводниться.

Сброс фонаря да и перехват руки с рукоятки сброса фонаря на рукоятку шторки при сброшенном фонаре нередко заканчивались травмой, а отстегивание замка привязной системы затрудняло и увеличивало время на отделение летчика от кресла.

Для сокращения времени на покидание к приводу защитной шторки специальной системой подсоединили механизм сброса фонаря, что исключило лишнюю операцию. Летчик, вытягивая защитную шторку, сначала включал механизм сброса фонаря, а следующим движением, перетягивая ее через голову, выдергивал чеку стреляющего механизма. Для открытия замка привязных ремней был установлен временной автомат, который через 2...3 с (в зависимости от настройки) открывал замок уже без участия летчика. Эти усовершенствования несколько улучшили положение с результатами катапультирований, но статистика применений заставила продолжать принимать меры по снижению травматизма. Дело в том, что у летчиков хватало сил удерживать защитную шторку до скоростей 850...900 км/ч. На больших скоростях рукоятку защитной шторки потоком воздуха вырывало из рук летчика, лишая их опоры, а лицо — защиты. В результате — снова травмы.

Кресла с защитными шторками устанавливались на многих типах самолетов, в том числе на МиГ-19, Як-25, Як-27 и др. В этот период уже остро ощущался недостаток катапультных установок, связанный с минимальной высотой безопасного катапультирования 250...300 м. Бывали случаи, когда при катапультировании удар о землю происходил до наполнения купола парашюта. Нужны были мероприятия по снижению минимальной высоты для спасения.

Рис. 43. Катапультное кресло со шторкой для защиты лица от встречного потока: 1 — заголовник; 2 — бронезащита; 3 — привязные ремни; 4 — каркас сиденья с чашкой; 5 — балка каркаса; 6 — ушковый болт; 7 — боковой поручень с рукояткой стопорения ремней; 8 — демпферы; 9 — подножки; 10 — система захватов ног; 11 — пружинный механизм; 12 — автомат АД-3; 13 — шторка; 14 — трос блокировки выстрела сиденья с фонарем; 15 — кронштейн троса блокировки выстрела сиденья, идущего к ручке автономного сбрасывания фонаря

Размещение парашюта в чашке кресла ставило спасение в зависимость от положения кресла с летчиком в воздушном пространстве. Если чашка в момент разделения оказывалась над летчиком, не исключалась возможность попадания кресла в парашют, от чего он сворачивался и обеспечить спасение уже не мог. При стабильном снижении кресла чашкой вниз летчик мог чрезмерно «засидеться» в кресле, не давая парашюту выйти из чашки.

Устранить все недостатки и выполнить вновь возникшие требования только доработкой кресла было невозможно. Возникла острая необходимость в создании нового поколения кресел, способных обеспечить защиту летчика от потока воздуха, не опасаясь возможности срыва рук с защитной шторки, уменьшение минимальной высоты безопасного катапультирования, исключение попадания кресла в парашют, спасение при покидании на больших высотах и т.п.

Поскольку основным фактором, ограничивавшим безопасное аварийное покидание самолета, являлось воздействие воздушного потока, были организованы всесторонние стендовые и летные исследования. Советские ученые из ЦАГИ и ЛИИ в 1953 г. установили, что без защиты лица от воздействия воздушного потока катапультирование возможно только до скорости 700 км/ч. При проведении катапультирования испытателя с кислородной маской без защиты лица шторкой на скорости V=780 км/ч он получил от воздействия потока воздуха ссадины кожи в области верхних частей глазниц и значительные раздражения слизистых оболочек глаз.

При проведении исследований на наземном стенде было установлено, что мягкая защитная шторка может обеспечить защиту лица человека от воздействия воздушного потока только до скорости 950 км/ч при условии ее надежной фиксации. Надежная фиксация защитной шторки руками обеспечивалась только до скорости 850 км/ч. Данные, полученные при катапультировании испытателей на больших скоростях, показывают, что влияние воздушного потока сказывается также на область груди и живота. Если до скорости 700 км/ч, по отзыву испытателя, ощущается допустимое давление на область груди и живота, не сопровождающееся нарушениями со стороны дыхания и сердечно-сосудистой системы, то уже на скорости 780 км/ч действие воздушного потока воспринимается как сильный удар, вызывающий рефлекторно кратковременную задержку дыхания. Дальнейшее увеличение скорости заметно увеличивает ощущение удара в грудобрюшной полости, а задержка дыхания на фазе вдоха при скорости 840 км/ч достигала 5...6 с. На основании этих работ был сделан вывод, что при катапультировании на скоростях полета, превышающих 900 км/ч, требуется защита не только лица, но и живота, и груди.

Реальные катапультирования подтверждали выводы по проведенным исследованиям, зарубежная информация свидетельствовала о больших работах, проводимых в интересах защиты летчика от воздушного потока, по созданию закрытых, герметичных и негерметичных капсул и отделяемых кабин (см. под-разд. 2.2 и 2.3).

Стремясь увеличить допустимую скорость и уменьшить минимальную высоту безопасного катапультирования, в ОКБ, возглавлявшемся А.С. Яковлевым, было создано катапультное кресло К-5 с металлическим «забралом» (складной металлической защитной шторкой, размещенной в заголовнике кресла) и трехкупольной парашютной системой С-3 (рис. 44). Оно по тому времени имело довольно прогрессивные характеристики. Максимальная скорость для катапультирования за счет применения металлического «забрала» и компенсационного костюма расширилась до 1050...1070 км/ч. Минимальная высота безопасного катапультирования в горизонтальном полете за счет фартука, принудительно отделявшего летчика от кресла, снизилась до 150 м. Масса кресла с летчиком 185 кг. Обеспечивался стабилизированный спуск с больших высот. Однако вероятность отказа уборки «забрала» перед отделением летчика от кресла, который неизбежно привел бы к тяжелым последствиям, вынудила отказаться от его применения.

Дальнейшие поиски привели конструкторов к решению о необходимости создания системы с защитой летчика от воздушного потока фонарем. Считалось, что это будет достаточно эффективным средством защиты летчика от воздействия воздушного потока, более простым (конструктивно) и дешевым, чем капсула или кабина.

Была создана экспериментальная установка и проведены катапультирования с манекеном до скорости V=1000 км/ч. При этом были разработаны и исследованы стабилизирующие устройства кресла с фонарем, обеспечивающие безопасное катапультирование на больших скоростях полета. На наземном стенде были проведены исследования переносимости человеком перегрузок торможения применительно к условиям катапультирования летчика в кресле с фонарем, при фиксации его опытной привязной системой ремней и защитной шторкой. Определялась эффективность защиты летчика от воздействия воздушного потока с помощью подвижного фонаря кабины. В ЛИИ была изготовлена экспериментальная катапультная установка с подвижным фонарем кабины (второе поколение кресел).

Рис. 45. Экспериментальное катапультное кресло системы спасения с защитой фонарем и с измененной системой подвесных ремней: 1 — серийные подвесные ремни; 2 — грудной ремень с замком; 3 — перемычка, соединяющая поясной и грудной замки; 4 — дополнительные нижние ремни

Для первого этапа исследований с манекеном было использовано серийное катапультное кресло самолета МиГ-15 (рис. 45), в конструкцию которого были внесены изменения, позволявшие крепить на нем подвижный фонарь кабины. Катапультная установка первоначально была смонтирована в кабине воздушного стрелка самолета Ту-2. На втором этапе катапультирование установки общей массой 170...190 кг производилось серийным стреляющим механизмом с рабочим ходом 0, 93 м. Патрон применялся серийный от шторочного кресла.

Для проведения дальнейших исследований с манекеном и испытателем на больших скоростях полета катапультная установка была смонтирована в задней кабине самолета МиГ-15 УТИ (рис. 46). Катапультирование установки общей массой 200...225 кг осуществлялось телескопическим стреляющим механизмом ТСМ-1880 с длиной рабочего хода 1880 мм. Применялся патрон, создающий при массе установки до 200...225 кг начальную скорость катапультирования, равную 18, 5...19 м/с.

Для проведения исследования с испытателем были изготовлены кресла, аналогичные креслам самолета МиГ-15 с доработками для фиксации фонаря и с кардинально измененной привязной системой. В кабине самолета в нормальном полетном положении фонарь шарнирно был связан

Рис. 46. Экспериментальная система спасения летчика с защитой фонарем в задней кабине самолета МиГ-15 УТИ (1954 г.)

с креслом при помощи верхних замков, установленных на балках спинки кресла. Ответные узлы на фонаре выполнены в виде двух кронштейнов со втулками-осями. При катапультировании кресло, перемещаясь вверх по направляющим рельсам, тянет за собой связанную с ним заднюю часть фонаря. Передняя часть фонаря перемещается на роликах в специальных горизонтальных направляющих, расположенных на бортах кабины (рис. 47). При подходе роликов фонаря к обрезу направляющих срабатывают нижние замки, расположенные на чашке кресла, фиксирующие фонарь в положении, защищающем летчика от воздушного потока.

Рис. 47. Экспериментальная система спасения с защитой фонарем от встречного воздушного потока: а — схема отделения фонаря от кресла; б — размещение летчика в системе; 1 — нижний замок фиксации фонаря; 2 — кресло; 3 — стабилизирующий щиток; 4 — фонарь

Рис. 48. Телескопическая четырехтрубная штанга со стабилизирующим парашютом

В процессе летных испытаний было исследовано несколько вариантов стабилизирующих систем (летчиком на МиГ-15 летал Э.В. Елян, парашютистом-испытателем был В.И.Головин). Вот один из исследованных вариантов. Стабилизация кресла осуществлялась парашютом, закрепленным на телескопической четырехтрубной штанге с рабочим ходом 720 мм (рис. 48). Стабилизирующий вращающийся парашют площадью 0, 15 м² связан со штангой вертлюгом. В верхней части самой тонкой трубы штанги смонтирована пружинная стреляющая головка с двухкапсюльным патроном. Ввод в поток стабилизирующего парашюта производился после перемещения кресла по направляющим рельсам на 0, 5 м от исходного положения. При этом рычаг, расположенный на правой продольной балке кресла, выходя из направляющих, силой пружины выдергивал чеку стреляющей головки. В свободном полете отделение фонаря от кресла производилось автоматически автоматом АД-3 (или КАП-3), который при срабатывании через заданное время (или на заданной высоте), убирая штыри верхних замков, освобождал тем самым верхнюю часть фонаря. После открытия верхних замков фонарь под действием аэродинамических и инерционных сил имел возможность поворачиваться относительно нижних замков в плоскости симметрии кресла. Упоры, поставленные на балках спинки кресла, исключали возможность бокового поворота фонаря, исключая тем самым опасность для человека, сидящего в кресле. Отработка узлов стыковки и расстыковки кресла с фонарем без специальных силовых систем оказалась наиболее сложной и трудоемкой задачей. Если в наземных условиях удалось провести сброс без дополнительных силовых устройств, то в летных испытаниях достигнуть этого не удавалось и пришлось вести поиски средств для отделения фонаря от кресла. Был сделан вывод, что разделение фонаря только аэродинамическими и инерционными силами ненадежно. Наиболее безопасной схемой было признано принудительное отделение фонаря от кресла. Пришлось вводить специальные механизмы и рычажную систему для отделения фонаря от кресла после затормаживания в воздушном потоке до определенной скорости.

Действие сил на экипаж при катапультировании в системе с защитой фонарем было необычным. Это заключалось в том, что после отделения от самолета летчик, находящийся в кресле под фонарем, испытывает силы торможения, стремящиеся оторвать его от кресла. Для надежной фиксации пришлось делать специальную привязную систему, удерживающую летчика в кресле при торможении до 30 g. Для предотвращения отклонения головы летчика от заголовника под действием перегрузки торможения на заголовнике устанавливалась мягкая защитная шторка.

По результатам исследований разработанная катапультная установка с подвижным фонарем была рекомендована как способ защиты летчика от воздействия воздушного потока для самолетов-истребителей, имеющих скорость полета более 1000 км/ч. Используя эту рекомендацию, в ОКБ главных конструкторов А.И. Микояна и П.О. Сухого были разработаны системы спасения с защитой фонарем (применительно к новым самолетам этих ОКБ).

Летно-технические характеристики нового поколения истребителей, их высотность требовали применения принципиально новых средств жизнеобеспечения и спасения. На них требовалось применение высотного снаряжения, которое можно было бы использовать как средство защиты от воздушного потока. Но снаряжение как средство защиты от воздушного потока еще не было испытано, а новый истребитель МиГ-21 уже был запущен в серийное производство.

В этих условиях в ОКБ А.И. Микояна система с защитой фонарем была испытана и применена на первых сериях самолетов МиГ-21 под индексом СК (рис. 49). На самолетах П.О. Сухого эта система не применялась. Система СК, естественно, имела значительные отличия от экспериментальной установки, но принцип действия системы был сохранен.

Рис. 49. Процесс катапультирования катапультного кресла СК с защитой фонарем на самолетах МиГ-21 первых серий: I — привод системы нажатием поручней; II — замки фонаря (задние) и цапфы кресла соединяются пиромеханизм выбивает крышку на фонаре и вводит стабилизирующий парашют; III — передние замки фонаря запираются на откидных опорах кресла; IV — кресло «ложится» по воздушному потоку и перелетает через киль; V — пиромеханизмы поворачивают фонарь относительно цапф кресла, захваты ног открываются, летчик освобождается от кресла; VI — автомат КАП-3 открывает купол парашюта С-3

При катапультировании кресло с летчиком, двигаясь по рельсам, подхватывало фонарь, и летчик в своеобразной капсуле оказывался надежно защищен от воздействия воздушного потока до скорости 1100 км/ч.

Система с креслом СК имела следующие принципиальные достоинства:

летчик был защищен от воздействия воздушного потока до скорости 1100 км/ч (ограничением по скорости служила прочность остекления фонаря);

уменьшены перегрузки за счет увеличения хода поршня стреляющего механизма;

производилась разгрузка позвоночника за счет размещения привода катапультирования на боковых стенках, руки размещались, как на подлокотниках;

упрощалась фиксация летчика в кресле вследствие применения объединенной привязной системы, фиксировавшей парашют на летчике, а летчика с парашютом — в кресле;

вместо 250...300 м минимальная безопасная высота катапультирования уменьшалась до 110 м за счет более интенсивного отделения летчика от кресла.

На кресле СК максимальная выбрасываемая масса вместе с летчиком доходила до 240 кг. Перегрузка при выстреле пиропатрона — до 20 g. Система катапультирования СК, разработанная коллективом в составе В.М.Беляева, С.Н.Люшина, А.Р.Фокина, М.Р.Вальденберга, А.К.Юдичева, К.А.Титкова, устанавливалась на самолеты МиГ-21ф и МиГ-21ф-13 до 1965 г.

Кресло системы СК представляло собой жесткую конструкцию, состоящую из каркаса с чашкой и смонтированных на них следующих эксплуатационных и аварийных систем:

объединенной системы подвесных и привязных ремней;

притяга плечевых ремней;

притяга поясных ремней;

управления положением чашки кресла по росту летчика;

управления катапультированием;

стабилизации кресла по траектории после отделения от самолета;

захвата и фиксации ног;

фиксации фонаря на кресле и их разделения;

открытия замков фиксации летчика к креслу, подвесной системы и захватов ног.

Кресло фиксировалось в кабине тремя парами роликов на задней стенке кабины. Ролики, входя в рельсы кресла, удерживали его от продольных перемещений. В вертикальном направлении кресло закреплялось с помощью шарикового замка пиромеханизма. На внутреннем цилиндре пиромеханизма имелся хомут с двумя цапфами, которые входили в зацепы кресла и запирались там двумя захватами. Захваты отжимались и фиксировались винтами, которые при ввертывании упирались в кронштейны.

В полете летчик сидел на спасательном парашюте, уложенном в чашку кресла, которая по желанию летчика могла быть поднята или опущена электромотором. Летчик фиксировался к креслу подвесной системой в трех точках (две в зоне пояса и одна в зоне плеч). Натяжение поясных ремней могло изменяться рукояткой, установленной на правом борту чашки. Притяг плечевого пояса осуществлялся эксплуатационной пружиной, а аварийно при катапультировании — пороховыми газами. В полете летчик мог отклонить плечи вперед на 150 мм и застопориться в этом положении. Управление механизмом стопорения ремней притянутого и отклоненного положения осуществлялось рукояткой, установленной на левом борту чашки кресла.

Катапультирование могло производиться в двух вариантах: с защитой фонарем и без нее. Катапультирование без защиты фонарем производилось после предварительного сброса фонаря специальной рукояткой автономного сброса фонаря, установленной на правой стороне подфонарной панели. Основной стреляющий механизм приводился в действие сжатием поручней, расположенных на бортах чашки кресла. При этом выдергивалась чека из затвора, производился накол капсюлей пиропатрона.

Процесс катапультирования системы с защитой фонарем происходил в такой последовательности. Приняв решение катапультироваться, летчик нажимал на спусковые рычаги поручней кресла. При этом срабатывал механизм аварийного притягивания привязной системы, который подтягивал летчика к спинке кресла и фиксировал ее замком, создавая наиболее удобную позу для перенесения перегрузки. После этого срабатывал стреляющий механизм. Кресло начинало двигаться вверх.

На ходе кресла 16...22 мм цапфы кресла входили в задние замки захвата на фонаре, запирались в них и открывали аварийные замки фонаря. Фонарь начинал двигаться вместе с креслом. Передняя часть фонаря удерживалась от запрокидывания вверх замком временной задержки.

На ходе кресла 30...50 мм выдергивалась чека пиромеханизма ввода стабилизирующего парашюта, связанного тросом с фюзеляжем. Пиромеханизм срабатывал, выбивал крышку лючка на фонаре и вводил стабилизирующий парашют в воздушный поток. Купол парашюта наполнялся воздухом и раскручивался до схода кресла с направляющих роликов.

Когда кресло проходило приблизительно 530 мм, выйдя откидными опорами для фиксации передней части фонаря на кресле за пределы подфонарной панели, опоры открывались для последующей фиксации фонаря. Ноги пилота ложились на ножные опоры и автоматически запирались в них захватами.

После того как кресло занимало положение относительно потока воздуха, при котором запрокидывание фонаря исключалось, замок временной задержки открывался, передняя часть фонаря катилась на роликах до схода передней части фонаря с направляющих, после чего передние замки фонаря опускались на откидные опоры кресла и запирались в них. В процессе движения кресла чека автомата, обеспечивающая сброс фонаря с кресла и соединенная тросом с фюзеляжем, через заданное автоматом время выдергивалась и автомат запускался на включение механизмов, сбрасывающих фонарь. Кресло, отделившись вместе с внутренней трубой от пиромеханизма, перелетало через киль самолета, поворачиваясь под действием стабилизирующего парашюта чашкой вперед. Через 1, 5 с после начала катапультирования автомат приводил в действие пиромеханизмы, которые открывали передние замки-захваты фонаря и замок штанги стабилизирующего парашюта. Штанга (раздвинутый пиромеханизм) со стабилизирующим парашютом отделялась от кресла. Пиромеханизмы поворачивали фонарь относительно цапф кресла. На угле поворота фонаря 100...120° задние замки-захваты открывались и фонарь отделялся от кресла. При отделении летчика от кресла включался автомат, расположенный в укладке парашюта. При катапультировании с большой высоты летчик падал затяжным прыжком до высоты 4000 м, после чего срабатывал автомат, раскрывавший спасательный парашют.

При необходимости катапультирования без защиты фонарем (повреждение остекления, сброс фонаря из-за нарушения видимости через остекление) его можно было осуществлять с ограничением только до скорости 700 км/ч, причем минимальная высота, обеспечивавшая спасение, была 300 м. Для предварительного сброса фонаря необходимо было воспользоваться рукояткой автономного сброса фонаря, установленной с правой стороны на подфонарной панели. Так как при предварительно сброшенном фонаре общая катапультируемая масса уменьшалась на величину массы фонаря, для того чтобы летчик не испытывал чрезмерную перегрузку, с отделением фонаря от кресла в стреляющем механизме открывалось стравливающее отверстие, через которое при работе механизма стравливалась определенная часть газов.

Система с защитой фонарем была запущена в серийное производство и монтировалась на самолетах МиГ-21 первых серий. Система оказалась очень сложной в производстве и эксплуатации и недостаточно надежной. С ее внедрением статистика отмечала катастрофы по причинам несброса фонаря (неразделение с креслом), ударов головы об остекление, а также участились случаи позднего применения на малых высотах, когда не успевал наполниться спасательный парашют.