Катапультные кресла третьего поколения

Результаты катапультирования кресел, в том числе системы с защитой фонарем, не удовлетворяли потребностей не только новых, но и даже старых самолетов. Требования, предъявляемые к средствам спасения нового поколения истребителей, были значительно повышены, особенно в части спасения на малых и больших высотах.

Самолет МиГ-21 по сравнению с дозвуковыми и маловысотными самолетами уже нуждался в особых условиях для обеспечения безопасных полетов на высотах более 20 км, где одной герметичности кабины было бы недостаточно. Необходимо было иметь еще и специальное летное снаряжение.

К проектированию, изготовлению и исследованиям нового поколения катапультных кресел приступили в конце пятидесятых — начале шестидесятых годов, когда новое поколение истребителей уже находилось в серийном производстве, а вопрос обеспечения безопасности полетов на больших высотах решен не был.

Вопросами безопасных полетов на больших высотах в нашей стране начали заниматься еще в 1931 г. К 1940 г. было создано несколько гермокабин регенеративно-инжекторного типа, разработанных А.Я.Щербаковым. Они испытывались на самолетах И-15бис, И-153 конструкции Н.Н.Поликарпова и БОК конструкции В.А.Чижевского на высотах до 10 км. Война помешала дальнейшим разработкам гермокабин. Однако сразу же после окончания войны исследования по обеспечению безопасности полетов на больших высотах были продолжены.

Первый испытательный полет на реактивном самолете МиГ-9 с герметичной кабиной был выполнен летчиком-испытателем А.Н.Гринчиком в апреле 1946 г. Высотность полета самолета МиГ-9 была такова, что герметичность кабины обеспечивала кратковременный полет для снижения в случае внезапной разгерметизации кабины.

На самолете МиГ-19 (1954 г.) высотность была увеличена до 16 км и полеты обеспечивались наличием герметичной кабины и системой кислородного оборудования с прибором, обеспечивавшим выживаемость даже в случае разгерметизации кабины.

Основными недостатками средств аварийного покидания и жизнеобеспечения самолета МиГ-19 считались недостаточная защита экипажа от воздушного потока, а в дальнейшем и большая высота, необходимая для покидания в случае катапультирования. Этим и объясняются проводившиеся работы по созданию новой системы покидания, в которой защиту от скоростного потока должна была обеспечивать отделяемая часть фонаря, образовавшая своеобразную капсулу. По этой же причине на «яках» пытались применить «забрало» (см. рис. 44). Прогнозов на ближайшее будущее, связанное с необходимостью для высотных полетов специального снаряжения, в то время не делалось.

Но в процессе эксплуатации самолета МиГ-19 возникла необходимость в повышении его высотности до 18...20 км. Для выполнения этого требования пришлось дооборудовать самолет специальными системами, обеспечивавшими возможность {118} эксплуатации создававшегося в то время снаряжения в виде скафандра или компенсирующего костюма для полетов на высотах 20 км и более. Этим снаряжением можно было бы воспользоваться для защиты от воздушного потока, что в дальнейшем и было сделано.

С поднятием на высоту атмосферное давление падает и на высоте 12 км составляет всего лишь пятую часть от величины давления у Земли. Убывает и количество кислорода. Полет на высоте 18...20 км можно практически приравнять к полету в космическом пространстве. Понижается и температура окружающей среды. В стратосфере ее значение составляет –52...–54°С.

Летно-технические характеристики нового поколения истребителей, к производству которых в 1950-х гг. готовилась промышленность, заставляли задуматься и специалистов, работавших в области создания не только средств спасения, но и средств жизнеобеспечения.

На самолете МиГ-21 высота полета превышала 20 км. В таких условиях одной гермокабины было недостаточно. Необходимо было специальное высотное снаряжение, которое должно было обеспечить выживаемость экипажа в случае внезапной разгерметизации кабины при аварии или боевом повреждении. В этих условиях гермокабина и специальное высотное снаряжение стали обязательными при всех высотных полетах. На самолете МиГ-21 имеется герметичная вентилируемая кабина с автоматическими устройствами, подающими в нее холодный и горячий воздух от компрессора двигателя и поддерживающими в ней необходимые для работы и жизни условия. Температура воздуха в кабине составляет 16...26°С. Состав воздуха постоянно обновляется. Давление в кабине от земли до высоты 2 км постоянно и соответствует наружному, от двух до 12-ти км оно нарастает до величины давления, соответствующего давлению на высоте 7 км, далее от 12 до 20 км — давление остается постоянным.

Экипаж обеспечивается запасом кислорода, который размещается на борту самолета в баллонах под давлением (150...250)·10⁵ Па (150...250 атм). Иногда кислород на борту хранится в жидком виде в сосудах Дюара с газификаторами. К органам дыхания летчика кислород подается с избыточным давлением, т.е. по величине превышающим атмосферное. От баллонов кислород подается через редуктор в кислородный прибор и далее — в кислородную маску. От земли до высоты 10 км летчик дышит смесью кислорода и воздуха, с 10 км и выше — чистым кислородом.

Итак, гермокабина, кислородное оборудование и личное снаряжение в сочетании с высотным снаряжением, первые образцы которого были разработаны под руководством П.Г. Адамова и СМ. Алексеева, являются основными средствами жизнеобеспечения летчика. В комплект личного снаряжения входят: высотно-компенсирующий костюм (ВКК), защитный шлем (ЗШ), кислородная маска (КМ), герметичный шлем (ГШ) и противоперегрузочный костюм (ППК), который ранее эксплуатировался отдельно, а в последнее время объединен с ВКК.

Высотно-компенсирующий костюм (рис. 50) предназначен для обеспечения безопасности летчика при внезапной разгерметизации кабины на высотах, превышающих 10 км. Разгерметизация возможна при срыве фонаря, повреждениях остекления или шланга герметизации и ряде других повреждений в боевых или тренировочных полетах. При разгерметизации кабины на высотах более 12 км, где низкое барометрическое давление, возникает большой перепад между давлением внутри организма летчика и давлением окружающей среды. Это затрудняет дыхание и кровообращение. В этих условиях и необходим ВКК, он вступает в работу.

Высотно-компенсирующий костюм (рис. 50) предназначен для обеспечения безопасности летчика при внезапной разгерметизации кабины на высотах, превышающих 10 км. Разгерметизация возможна при срыве фонаря, повреждениях остекления или шланга герметизации и ряде других повреждений в боевых или тренировочных полетах. При разгерметизации кабины на высотах более 12 км, где низкое барометрическое давление, возникает большой перепад между давлением внутри организма летчика и давлением окружающей среды. Это затрудняет дыхание и кровообращение. В этих условиях и необходим ВКК, он вступает в работу.

Рис. 50. Высотно-компенсирующий костюм ВКК-6М: 1 — комбинезон; 2 — застежка «молния»; 3 — шланг надувного устройства (НУ); 4 — шланг противоперегрузочного устройства (ППУ); 5 — шнуровка; 6 — полукольцо; 7 — перемычка (НУ); 8 — регулируемые ленты; 9 — спинная застежка «молния»; 10 — шнуровка; 11 — натяжное устройство

Пневматические камеры, заложенные внутрь ВКК, за 2, 5...3, 0 с наполняются кислородом, распрямляются, увеличиваются в диаметре и, уменьшая костюм в периметре, обжимают тело летчика. Обжатие происходит с давлением, равным давлению кислорода {120} в его легких. Создается компенсация (уравнивание) дыхательных мышц грудной клетки и живота, которая и обеспечивает нормальный ритм дыхания и кровообращения. Кроме того, на высоте более 19 000 м кровь при температуре тела 37°С как бы «закипает». ВКК защищает тело летчика от этого за счет обжатия.

На самолетах МиГ-15 и МиГ-17, дозвуковых и маловысотных в сравнении с МиГ-21 и последующими, необходимости в применении ВКК еще не было. Обходились одним ППК. Теперь противоперегрузочный костюм встроен в высотно-компенсирующий, составляет с ним единое целое, но работает автономно и надувается не кислородом, как ВКК, а воздухом, забираемым от компрессора двигателя.

Действие положительных, околонулевых и отрицательных перегрузок, возникающих при маневре самолета, точнее при выполнении фигур высшего пилотажа, отрицательно влияют на состояние летчика, значительно снижают его работоспособность. В какой бы плоскости не выполнялся пилотаж, в вертикальной или горизонтальной, под влиянием ускорения происходит отлив крови от головы и грудной клетки в область брюшной полости и ног. В этот момент ППК и вступает в действие. Наполняясь, костюм обжимает ноги и нижнюю часть туловища летчика и, препятствуя вредному отливу крови от головы, снижает таким образом влияние перегрузки на 2, 5...3 ед. Если, например, при выходе из пикирования на самолет действует перегрузка, равная 8, то летчик воспринимает ее значение лишь как 5, 0...5, 5.

Защитный шлем (ЗШ) (рис. 51) вместе с подвижным обтекаемым светофильтром предохраняет лицо и голову летчика в аварийной ситуации от воздействия скоростного воздушного напора при катапультировании. Используется ЗШ в комплексе с кислородной маской.

Рис. 51. Защитный шлем летчика ЗШ-ЗМ с кислородной маской (с поднятым и опущенным светофильтром): 1 — шланг линии вдоха; 2 — кислородная маска; 3 — шлемофон; 4 — верхний узел крепления маски; 5 — каска; 6 — боковые узлы крепления маски; 7 — прилив в маске для микрофона; 8 — клапан вдоха; 9 — сдвижной светофильтр; 10 — ларингофон; 11 — шланг заголовного компенсатора

Герметичный шлем (ГШ) применяется для полетов на высотах более 15 км. Кроме того, он защищает лицо и голову летчика от случайных ударов, осколков при разрушении фонаря, при резких, нерасчетных эволютивных маневрах, при катапультировании и приземлении. Выполняет функции ЗШ и кислородной маски одновременно. Создает компенсацию давления для головы при разгерметизации кабины (рис. 52).

Рис. 52. Герметический шлем ГШ-6А: 1 — гофрированный шланг магистрали вдоха; 2 — клапан вдоха; 3 — смотровой щиток в нерабочем положении; 4 — каска; 5 — замок смотрового щитка; 6 — трубка подпора клапана выдоха; 7 — шейная часть гермошлема; 8 — клапан выдоха; 9 — механизм управления светофильтром; 10 — замок шейного кольца

В конце 1950-х гг. такое кресло было изготовлено под индексом К-22 (рис. 53) и передано для испытаний.

Рис. 53. Катапультное кресло К-22 (СССР):

1 — заголовник; 2 — стабилизирующие щитки; 3 — ограничители разброса рук; 4 — объединенная подвесная система; 5 — ограничители разброса ног; 6 — захваты ног; 7 — централизованная ручка катапультирования

При предварительной оценке в ЛИИ на кресло К-22 был составлен перечень недостатков, первым пунктом которого было отсутствие на кресле системы автономного отделения летчика от кресла, т.е. резервного способа покидания самолета без катапультирования. Вторым крупным недостатком были его габариты.

Рис.54. Катапультное кресло КС-4 (СССР) и схема аварийного покидания на нем самолета Су-7: а — катапультирование по основной схеме; б — катапультирование с автономным отделением летчика от кресла (при отказе системы принудительного отделения); 1 — торцевой клапан ранца; 2 — чехол купола спасательного парашюта; 3 — звено вытяжного парашюта; 4 — соединительное звено купола спасательного парашюта; 5 — фартук; 6 — звено зачековкн торцевого клапана; 7 — замок автономного отделения; 8 — звено чехла парашюта; 9 — разрывное звено вытяжного парашюта

В том виде, в котором было предъявлено кресло, оно не размещалось в кабинах существовавших истребителей. А необходимость в новых средствах спасения становилась все неотложнее. Поскольку на катапультном кресле К-22 была успешно решена задача спасения с уровня земли, на разбеге и пробеге в сочетании с высотным снаряжением для больших скоростей до 1200 км/ч и высоты 20 000 м, НИИ ВВС без испытания в промышленности провел испытания у себя. Кресло после проверки его работоспособности было рекомендовано для установки на тяжелых машинах, т.е. бомбардировщиках.

Кресло К-22 было первым в СССР катапультным креслом, обеспечивавшим спасение с уровня земли. На нем впервые был применен комбинированный стреляющий механизм с пороховым реактивным ускорителем. Однако широкого применения кресло все же не получило.

В период, пока создавалось кресло К-22, обстановка со средствами спасения значительно обострилась. Решить проблему поручили всем главным конструкторам, установив жесткие сроки. Были отработаны требования и, в порядке своеобразного конкурса, во всех самолетных КБ развернулась работа по созданию средств, отвечающих новым требованиям. Параллельно разрабатывали и испытывали кресла КМ-1 в ОКБ, возглавлявшемся А.И.Микояном, КС-4 — в ОКБ П.О. Сухого, КТ-1 — в ОКБ А.Н.Туполева и КЯ-1 в ОКБ А.С.Яковлева.

Основные задачи у всех конструкторов были едины. Всем необходимо было обеспечить спасение с уровня земли. Из опыта проектирования кресла К-22 в коллективе, возглавлявшемся С.М.Алексеевым, уже было известно о необходимости применения второй (реактивной) ступени энергодатчика.

Но двигатели создавались разные. В ОКБ А.И. Микояна исходя из малых габаритов кабины пришлось делать механизм, встроенный в кресло и многофункциональный. В ОКБ П. О. Сухого готовое кресло дорабатывалось установкой на спинку двух пороховых ускорителей, что увеличило его массу и габариты, а выявленные ранее недостатки остались не устраненными (рис. 54).

Кресло А.Н.Туполева КТ-1 имело объединенный комбинированный стреляющий механизм, размещенный на спинке кресла (рис. 55). Кресло прошло испытания и монтировалось на самолетах Туполева, заменив кресла К-22.

Рис. 55. Катапультное кресло КТ-1 (СССР) с комбинированным стреляющим механизмом: 1 — заголовник; 2 — ограничители разброса рук; 3 — объединенная привязная система; 4 — захваты ног, 5 — центральный привод катапультирования; 6 — комбинированный парашютный автомат КПА

Кресло А.С.Яковлева оказалось недостаточно прочным и разрушилось в процессе летного эксперимента на большой скорости. И, несмотря на то что кресло по своей работоспособности не уступало другим креслам, учтя закончившиеся испытания других кресел, испытания КЯ-1 были прекращены. На этом кресле пороховой ускоритель размещался под чашкой кресла, получив название «лира» из-за своей формы. Ускоритель был сварен из нескольких трубок, расположенных в одной плоскости и соединенных между собой специальными втулками. На концах трубок размещалось сопловое устройство.