Катапультные кресла с защитой от воздушного потока

С 1955 г. зарубежная авиационная промышленность значительно активизировала свою деятельность в области усовершенствования существующих катапультных кресел и создания новых систем аварийного покидания, таких, как системы катапультирования вниз, катапультные кресла, заключенные в капсулу, отделяемые кабины и др.

Особый размах таких работ в США наблюдался после создания Специального Промышленного комитета по разработке систем аварийного покидания для сверхзвуковых самолетов. Комитет объединил фирмы «Рипаблик», «Норт Америкен», «Макдоннелл», «Нортроп», «Локхид», «Боинг», «Грумман» и «Конвэр». Общее руководство и координация работ были возложены на фирму «Конвэр».

В те годы было создано много экзотических систем, не нашедших широкого применения или даже вообще не применявшихся. К ним можно отнести катапультируемые вниз кресла фирм «Моран-Сольнье» и «Конвэр», кресла с дефлектором фирмы «Локхид» и «Конвэр», отделяемые кабины и капсулы. Целесообразно дать им краткую характеристику в порядке исторического обзора, хотя такие системы спасаемости и не повышали.

Первоначально считалось, что воздействия на летчика при катапультировании давления скоростного напора, перегрузки и температуры окружающего воздуха будут ограничивать применение обычного катапультного кресла высотой менее 15 000 м и скоростью около 1000 км/ч. Но в дальнейшем было установлено, что применением различных защитных устройств и использованием высотного костюма со шлемом можно обеспечить достаточную защиту летчика от воздействия окружающих условий и скоростного напора, при этом высказывалось мнение, что можно будет снять ограничения или значительно их расширить. Ряд проведенных в середине 1950-х гг. исследований дал основание прийти к заключению, что обычное катапультное кресло может обеспечить безопасность покидания самолета на сверхзвуковой скорости полета. Однако этот оптимизм разделяли не все, проявляя особое беспокойство в возможности удержания на летчике шлема и кислородного снаряжения при действии скоростного потока воздуха.

Второй трудностью считали то, что катапультное кресло представляет собой свободное тело, а аэродинамика тел, имеющих неправильную форму, может быть определена только экспериментально, особенно в неустановившемся полете. Характеристики подъемной силы и сопротивления могут быть определены достаточно точно, но найти место приложения результирующей силы очень трудно. Достаточно слегка изменить положение конечностей летчика или переместить его положение по высоте, как это вызовет изменения в характеристиках моментов кресла вокруг всех осей. В то время считалось, что единственное, что может обеспечить устойчивое положение, — это создание сложных и тяжелых средств стабилизации.

Уверенность в необходимости применения на открытых креслах перечисленных средств с большой массой привела специалистов к мысли о целесообразности создания капсулы или отделяемой кабины. При этом высказывался еще ряд преимуществ капсулы перед креслом, так например, возможность в значительной степени сохранить в целости снаряжения летчика и защитить летчика после достижения им земли.

Одна из первых капсул, разработанных в США, изображена на рис. 23. Но, как и предсказывалось некоторыми специалистами, применения она не нашла. И все же полностью тогда от капсул не отказались. Искали пути для облегчения переносимости перегрузок, особенно на больших самолетах с высокими килями, где импульс для выброса летчика, обеспечивавшего перелет через киль, был значительным и мог приводить к повреждению позвоночника. Выход из положения пробовали найти в создании кресел, катапультируемых вниз. В этом случае исключалась необходимость переброса через киль.

Рис. 23. Одна из первых капсул, разработанных фирмой «Гудъир» в США для самолетов ВМФ (1954 г.)		Рис. 24. Катапультирование кресла вниз из самолета В-47 «Стратоджет» фирмы «Боинг» (1953 г.)

В 1953 г. на бомбардировщиках В-47 «Стратоджет» фирмы «Боинг» проводились испытания одного из первых кресел, выбрасываемого не вверх, а вниз. Применение такой системы усложняло конструкцию самолета, однако это скомпенсировало облегченное кресло, которое выбрасывалось небольшим пороховым зарядом или падало под действием силы тяжести. Преимущество системы заключалось в том, что кресло выбрасывалось с меньшими вертикальными перегрузками. Кресло имело специальные стабилизирующие приспособления (рис. 24). Уменьшение горизонтальных перегрузок падающего кресла, если в этом была необходимость, достигалось увеличением падающей массы. С этой целью кресло утяжелялось установкой на него какого-либо оборудования (направляющих, по которым двигалось кресло в момент выстрела, системы питания кислородом и других устройств, которые можно крепить не к самолету, а к креслу). При оставлении самолета на больших высотах летчик вместе с креслом падал до высоты 4500 м, после чего кресло автоматически отделялось и летчик спускался на парашюте. На малых высотах кресло отделялось через 3 с.

Тогда же велись первые работы по созданию выбрасываемых кабин и капсул (рис. 25). Разрабатывалась система, позволяющая покидать самолет в два этапа. При этом сначала от самолета отделялась кабина, а затем из нее выбрасывался летчик. Однако разработчики, в силу сложности получавшейся системы, вели поиски еще в одном направлении. Они проектировали кресла, закрывавшиеся специальной герметичной шторкой. Такие кресла предназначались для самолетов, которые должны были летать в стратосфере со скоростью 1900 км/ч.

Процесс катапультирования в таких креслах заключался в следующем: летчик ставил ноги на подножки и нажимал рычаг, кресло задвигалось в оболочку, которая затем автоматически закрывалась. После этого открывался аварийный люк, и как только пилот опускал предохраняющую лицо шторку, происходило катапультирование. Приземление осуществлялось вместе с креслом на парашюте.

Кресло фирмы «Моран-Солнье» (рис. 26). Это кресло на шарнирах 1 и 7 присоединено к рычагу 2, который шарнирно крепится к конструкции самолета. В обычном положении кресло удерживается тягой 4, на верхнем конце которой имеется электрический механизм, позволяющий производить регулировку положения кресла. Нижний конец тяги соединяется с креслом при помощи замка 5. К спинке кресла на шарнирах прикреплен аэродинамический сервокомпенсатор 6. При аварийном покидании самолета летчик приподнимает предохранительную крышку 3, удерживаемую пружиной, и отклоняет на себя рычаг 2. Кресло поворачивается в два приема. Сначала поворачивается рычаг вместе с креслом относительно оси, при этом отделяется нижняя крышка люка. Затем рычаг удерживается ограничителем поворота 8 и кресло поворачивается относительно оси, пока не упрется в ограничитель поворота 9. Поворот кресла осуществляется под действием силы тяжести и поэтому не требует специальных устройств. На рис. 26, в приведена последовательность срабатывания кресла: I — летчик нажимает на рычаг; II — сбрасывается крышка люка и отклоняется рычаг; III — кресло отклоняется; IV — летчик отделяется от кресла.

Кресло фирмы «Дуглас». Фирма «Дуглас» разработала систему катапультирования летчика вниз для экспериментального сверхзвукового самолета «Дуглас» Х-3. Для сохранения вертикального положения кресла при катапультировании применены стабилизирующие поверхности, прикрепленные по бокам кресла (рис. 27). При покидании самолета на большой высоте летчик с креслом падает с большой скоростью до высоты 4500 м, после чего кресло автоматически отделяется и летчик опускается на землю с парашютом. Если летчик выбрасывается на небольшой высоте, то он освобождается от кресла через 3 с. До установки кресла на самолет оно испытывалось на ракетной тележке на базе «Эдварде» ВВС США, в аэродинамических трубах и, наконец, выбрасывалось из бомбоотсека самолета, летящего на большой высоте и с большой скоростью. Естественно, что такая система обеспечить спасение на малой высоте и, тем более на разбеге, не может.

Рис. 27. Катапультное кресло фирмы «Дуглас» со стабилизирующими плоскостями (США)

При разработке этой системы конструкторы должны были решить одну из главных проблем — сохранение устойчивого положения кресла сразу же после катапультирования его с самолета в широком диапазоне скоростей — от дозвуковых до сверхзвуковых. Это требование объясняется тем, что человек выдерживает ограниченные нормами перегрузки. При катапультировании, если кресло не стабилизировано, перегрузки могут выйти за пределы допустимых. Стабилизация была достигнута установкой по бокам кресла двух стабилизирующих поверхностей.

Влияние перегрузки торможения было уменьшено путем увеличения массы кресла. Для этой цели кислородное оборудование, направляющие кресла и другие компоненты были смонтированы на кресле, а не на самолете, как это делалось обычно.

Как показали испытания, при входе летчика в скоростной поток воздуха под его шлемом в передней части создается большое давление, под действием которого шлем может быть сорван с головы летчика вместе с кислородной маской. Для предотвращения этого к шлему был прикреплен прозрачный козырек и усилено крепление кислородной маски. Кроме того, в шлеме был сделан дренаж выхода воздуха, за счет чего под шлемом создавалось разрежение, удерживающее его на голове.

Размещение кислородного оборудования на кресле исключило необходимость иметь дополнительный баллон, поскольку летчик использовал основную кислородную систему на спуске до высоты, обеспечивающей нормальное дыхание. В системе имеется быстроразъединяющееся соединение, в котором применены постоянные магниты.

Кресло «Модель Д» фирмы «Локхид». Фирма «Локхид» разработала кресло «Модель Д» для катапультирования вниз из самолетов при скорости полета до 1500 км/ч у земли и до скорости полета, соответствующей М=3 на высоте. Эта модель была разработана фирмой в 1956 г. уже после выдвижения требования управления по научным и опытным работам ВВС США о том, чтобы все новые самолеты, летающие со скоростью более 1100 км/ч и потолком свыше 15 000 м, были снабжены отделяемой кабиной или капсулами. Но от выполнения этого требования ВВС США вскоре отказались.

Кресло «Модель Д» предназначалось для установки на самолетах F-104 с незначительной переделкой кабин. Несмотря на то что кресло катапультировалось вниз, оно имело ряд приспособлений для защиты от скоростного потока воздуха и для стабилизации его с летчиком после катапультирования.

В нижней части кресла (рис. 28) выступает дефлектор 1 воздушного потока, представляющий

Рис. 28. Катапультное кресло «Модель Д» фирмы «Локхид» (США)

собой пластину, укрепленную на конце выдвижного штока длиною 1, 2 м. Эта пластина, находясь в воздушном потоке, изменяет характер обтекания кресла и уменьшает как величину отрицательного ускорения, так и силу удара воздушного потока, действующих на летчика.

Снимки, полученные теневым методом, при скорости полета, соответствующей М=2, показывают, что отклоненный дефлектором поток обтекает тело, не создавая возмущения воздушного потока, как это имеет место для обычных кресел без дефлектора (рис. 29). Выступающий дефлектор со свинцовым грузом создает переднюю центровку кресла.

Боковые вертикальные кили 4 в сочетании с передним центром масс обеспечивают устойчивость кресла в направлении полета при катапультировании. Кили выступают вниз от чашки кресла. Горизонтальные стабилизаторы 6, шарнирно закрепленные приблизительно на середине килей, раскрываются для ограничения скорости вращения кресла и улучшают динамику полета. Боковые головные упоры 8, сжимающие с двух сторон шлем, уменьшают нагрузку на шею летчика.

При катапультировании ноги автоматически подтягиваются с педалей на подножки 2 и прочно удерживаются до момента отделения летчика от кресла. По бокам кресла отклоняются вперед упоры для колен 3, которые предотвращают разброс ног под действием воздушного потока.

Рис. 29. Снимки катапультного кресла, полученные теневым методом: а — без дефлектора; б — с дефлектором

Ограничивающие ленты 5, установленные по бокам кресла, удерживают руки летчика от движения в стороны и одновременно создают сопротивление, противодействующее инерционным силам.

Кислородное и связное оборудование 7 переконструировано с таким расчетом, чтобы оно выдерживало воздушную нагрузку при катапультировании.

При катапультировании на большой скорости горизонтальные стабилизаторы, дефлектор воздушного потока и упоры для ног устанавливаются в нужное положение до отделения кресла от самолета.

Кресло фирмы «Конвэр». Это кресло было близко по конструкции креслу фирмы «Моран-Солнье» (рис. 30).

Имеющиеся публикации свидетельствуют о неперспективности систем, рассчитанных на катапультирование вниз, так как большинство катапультирований происходит на малых

Рис. 30. Катапультное кресло фирмы «Конвэр» (США): а — исходное положение; б — момент катапультирования

высотах, а некоторое количество — на разбеге, пробеге и даже на стоянке, где такие установки вообще не применимы. Да и практически это положение подтвердилось тем, что от таких систем из-за их неэффективности пришлось отказаться.

В настоящее время не намного лучше обстоит дело и с созданием отделяемых кабин и капсул. Есть все основания полагать, что если они и найдут применение, то в ограниченном количестве на каких-либо специальных аппаратах.